Ученые создали бактерию, которая перерабатывает пластик в парацетамол
Химики и биологи модифицировали кишечную палочку, чтобы она перерабатывала ПЭТ — один из самых распространенных видов пластика. Эти бактерии превратили отходы от пластиковых бутылок в ацетаминофен, активный компонент парацетамола.
Проблема загрязнения окружающей среды пластиком стоит остро во всем мире. Один из самых массовых полимеров — полиэтилентерефталат, или ПЭТ. Из него делают бутылки для напитков, контейнеры для еды и волокна для одежды. Ежегодное производство ПЭТ превышает 50 миллионов тонн, большая часть этой продукции становится мусором после однократного использования. Существующие методы переработки не всегда эффективны и экономически выгодны, поэтому ученые ищут новые способы утилизации пластиковых отходов.
Одновременно с этим глобальной задачей остается переход химической промышленности на возобновляемое сырье. Многие лекарства, красители и важные вещества получают из ископаемого топлива, например из нефти. Биотехнологии предлагают альтернативу — использовать микроорганизмы для синтеза нужных соединений из более экологичных источников.
Однако природный «инструментарий» бактерий ограничен. Чтобы расширить их возможности, исследователи встраивают в живые клетки химические реакции, которые в природе не встречаются. Этот подход позволяет создавать уникальные производственные цепочки, где микробы играют роль миниатюрных химических фабрик. Новая работа объединила решение обеих проблем: переработки пластика и создания устойчивого производства лекарств.
Исследователи сосредоточились на обычной кишечной палочке Escherichia coli. Ее метаболизм хорошо изучен, что упрощает генетическую модификацию. Целью было внедрить в клетку новую для нее химическую реакцию — перегруппировку Лоссена.
Это процесс из арсенала органической химии, который нужен, чтобы превращать одни органические молекулы в другие, а именно — в амины, важные строительные блоки для многих промышленных химикатов и лекарств. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Chemistry.
Сначала ученые проверили, сможет ли эта реакция протекать внутри живой клетки, не убивая ее. Для этого они разработали хитроумный эксперимент: взяли специальный штамм E. coli, который не способен самостоятельно производить пара-аминобензойную кислоту (ПАБК). Без этого вещества бактерия не может синтезировать жизненно важные нуклеотиды и фолиевую кислоту, поэтому погибает.
Затем в питательную среду добавили особое исходное вещество — субстрат для перегруппировки Лоссена. Расчет был прост: если реакция внутри клетки пройдет успешно, из этого субстрата образуется необходимая бактерии ПАБК, и микробная культура начнет расти. Если же реакция не пойдет или окажется токсичной, роста не будет.
В результате бактерии выжили и начали размножаться, причем даже без добавления специальных катализаторов, которые обычно ускоряют перегруппировку Лоссена. Дальнейший анализ показал, что роль катализатора сыграли фосфат-ионы — соединения фосфора, которые в большом количестве содержатся в питательной среде и внутри самих клеток. Таким образом, ученые не только доказали биосовместимость новой реакции, но и открыли неожиданную роль фосфатов в клеточной химии.
Следующим шагом стало подключение к процессу реальных пластиковых отходов. Исследователи взяли обычную пластиковую бутылку из ПЭТ и химически разложили ее до мономера — терефталевой кислоты. Из этого вещества они синтезировали тот же субстрат для перегруппировки Лоссена, что использовали в первом эксперименте.
Модифицированные кишечные палочки поместили в среду с полученным из пластика соединением. Бактерии успешно использовали его, росли и размножались со скоростью, сопоставимой с ростом на чистом, лабораторно синтезированном субстрате. Это доказало принципиальную возможность использовать ПЭТ-отходы как сырье для микробиологического синтеза.
Финальной и самой амбициозной задачей было создание полной цепочки от пластика до лекарства. ПАБК, которую бактерии научились делать из ПЭТ, служит промежуточным звеном на пути к парацетамолу.
Чтобы завершить трансформацию, ученые встроили в геном E. coli еще два гена, которые кодируют ферменты из гриба Agaricus bisporus и бактерии Pseudomonas aeruginosa. Первый из них превращает ПАБК в 4-аминофенол, а второй присоединяет к нему ацетильную группу, в результате чего и получается финальный продукт — парацетамол.
После оптимизации ученым удалось добиться высокой эффективности. Во время однореакторного двухстадийного процесса выход парацетамола из субстрата, полученного из пластиковой бутылки, составил 92%.
Научная работа показала принципиально новый подход к «апсайклингу» — превращению отходов во что-то более ценное. Исследователи успешно встроили в метаболизм живой клетки химическую реакцию, не существующую в природе, и заставили ее работать на благо человека. В итоге метод позволил создать полную производственную цепочку — от пластикового мусора до одного из самых востребованных в мире лекарств.
Telegram 
Дзен 
VK Исследователи из МИЭМ ВШЭ и ИПКОН РАН разработали новую математическую модель мониторинга, которая позволяет фиксировать источник опасных подземных вибраций в реальном времени. Технология поможет снизить риск повреждения зданий, дорог и другой инфраструктуры рядом с карьерами и шахтами.
Планетологи обнаружили на поверхностях Титана и Плутона схожую полосу поглощения, которая не совпадает со спектрами известных льдов или органических соединений. Этот загадочный «провал» может указывать на то, что на двух очень разных ледяных мирах Солнечной системы существует общий, пока неизвестный науке класс химических веществ, поглощающий свет, который формируется под действием экстремального холода и космической радиации.
На севере Австралии живет паук с весьма необычными охотничьими повадками. Он возводит «конструкцию», которая работает как древнее метательное оружие. Добыча взлетает над землей, а потом запутывается в паучьей сети. Такая тактика охоты, по-видимому, применяется лишь по отношению к конкретному виду муравьев.
Паразитические организмы иногда не учитывают, что сами могут оказаться целью паразита более высокого уровня. Сосредотачивая все свои силы на инфицировании и размножении, они остаются беззащитными перед агрессивным специализированным нахлебником.
Интригующие испытания высотного ракетного двигателя Raptor Vacuum для корабля Starship, верхней ступени сверхракеты Илона Маска, парадоксальны. Его работа на уровне моря уже сама по себе загадка. Ведь, по классическим представлениям, высотные двигатели на уровне моря корректно не работают. А сопло RaptorVAC на наземном стенде извергает реактивную струю без всяких признаков нарушения работы. Как такое может быть?
В нижних и верхних слоях Урана астрономы впервые зарегистрировали угарный газ и циановодород. Новые данные указали на то, что недра планеты могут быть значительно обогащены кислородом. Это открытие поможет разрешить давнюю загадку о том, сформировался ли Уран иначе, чем его ближайший сосед Нептун, или их образование шло по схожему сценарию.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии