Americkí výskumníci vytvorili enzýmy na výrobu recyklovateľných bioplastov z plodín a poľnohospodárskeho odpadu.
Cieľom novej platformy je vyladiť chemickú štruktúru polymérov PHA tak, aby sa zlepšila pevnosť a tepelná stabilita. Zdroj: iStock/Thanadon Naksanee
Výskumníci z Purdue vyvíjajú enzýmy, aby sa kukurica, cukor a poľnohospodársky odpad premenili na recyklovateľné bioplasty. Karthik Sankaranarayanan, odborný asistent poľnohospodárskeho a biologického inžinierstva na Univerzite v Purdue spolu s kolegami získali grant vo výške 7 miliónov dolárov od verejnej zdravotníckej organizácie NSF na návrh nových enzýmov, teda proteínov, ktoré urýchľujú chemické reakcie, a tak premieňajú rôzne biomateriály na biologicky odbúrateľné plasty.
„Takmer 99 percent plastov, ktoré sa dnes vyrábajú, má pôvod v petrochemikáliách pochádzajúcich z ropy alebo plynu, ktoré sa často musia dovážať z krajín mimo Spojených štátov,“ uviedol Karthik Sankaranarayanan. „Chceme využiť lokálne dostupné materiály, napríklad tie, ktoré sa bežne používajú v štáte Indiana.“ Okrem toho by nové materiály, PHA polyméry, boli pri zachovaní mechanickej pevnosti nekonečne recyklovateľné.
„Tieto polyméry môžete vziať a rozložiť na jednotlivé jednotky a znovu a znovu ich používať.“ Dodal, že hoci boli PHA objavené takmer pred sto rokmi, môžu byť krehké a nestabilné pri vysokých teplotách, čo bráni ich širokému využitiu v spotrebnom tovare alebo zdravotníckych pomôckach.
Nové bioplasty budú oveľa pevnejšie
Cieľom novej platformy je vyladiť chemickú štruktúru polymérov PHA tak, aby sa zlepšila pevnosť a tepelná stabilita, čo by mohlo otvoriť široké spektrum aplikácií od obalov až po biomedicínske zariadenia. Trojročný projekt sa zameriava na biokatalýzu, teda využívanie enzýmov na urýchlenie špecifických reakcií, pri ktorých vznikajú požadované produkty bez použitia drsných chemikálií alebo extrémnych podmienok. Výskumníci z Purdue vytvárajú algoritmy na výber enzýmov na výrobu bioplastov.
Spolupracovníci z Kalifornskej univerzity v San Franciscu potom vytvoria tieto enzýmy pomocou hlbokého učenia a Stanfordova univerzita otestuje ich funkčnosť. Výskumníci z Purdue budú analyzovať reakčné rýchlosti a štrukturálne vyladenie, zatiaľ čo Kalifornská univerzita v Berkeley vyhodnotí vlastnosti, potenciál komercializácie a mikrobiálne inžinierstvo pre škálovanie.
„Enzýmy, s ktorými pracujeme – polyketidové syntázy (PKS) – sú sofistikované enzýmy schopné katalyzovať sekvenčné chemické reakcie spôsobom montážnej linky na výrobu komplexných antibiotík,“ uviedol Sankaranarayanan.
Karthik Sankaranarayanan, odborný asistent poľnohospodárskeho a biologického inžinierstva, obsluhuje systém rýchlej kvapalinovej chromatografie, ktorý izoluje a čistí proteíny zo zmesi. Zdroj: John Underwood/Purdue University
„Nie sú však určené na prácu v priemyselných procesoch, ktoré vytvárajú bioplasty. Preto sa snažíme zistiť, ako môžeme zmeniť ich prirodzenú chemickú reakciu na výrobu požadovaných bioplastov a zároveň zlepšiť stabilitu upravených enzýmov tak, aby boli vhodné na biomanufacturing vo veľkom meradle.“
PKS predstavujú výzvu aj pre zloženie DNA, ktorá obsahuje veľké množstvo guanínu a cytozínu. Spoločnosť Twist Bioscience, partner projektu, vyvinula technológiu na prekonanie tejto prekážky.
„Spolupráca s Purdue objasňuje reálne aplikácie zložitých sekvencií, čo umožňuje spoločnosti Twist ďalej rozvíjať našu schopnosť vyrábať zložité a predtým ťažko vyrobiteľné sekvencie vo veľkom meradle, čím sa to, čo sa kedysi považovalo za ťažké, stáva rutinou,“ uviedla Emily Leproustová, generálna riaditeľka a spoluzakladateľka spoločnosti Twist Biosciences.
Okrem výskumu projekt poskytne študentom možnosti odbornej prípravy a otvorený prístup k nástrojom a pracovným postupom, ktoré sa dajú použiť aj na výrobu liekov, agrochemikálií, pesticídov, herbicídov a biomateriálov, ako je guma.
Zdroj: Interesting Engineering
(RR)
