دستاورد دیگری از محققان: تولید پلاستیک سبز با استفاده از گلوکز به‌عنوان ماده اولیه
دستاورد دیگری از محققان: تولید پلاستیک سبز با استفاده از گلوکز به‌عنوان ماده اولیه
محققان موفق شدند در یک کارخانه تولید پلاستیک فقط از طریق گلوکز به‌عنوان ماده اولیه، پلاستیک دوستدار طبیعت و تجدیدپذیر تولید کنند.
باکتری‌های مهندسی‌شده می‌توانند یک سیستم «اصلاح‌کننده پلاستیکی» تولید کنند که باعث می‌شود پلاستیک‌های تجدیدپذیر قابل پردازش‌تر، مقاوم‌تر در برابر شکستگی و دارای زیست تخریب‌پذیری بالا حتی در آب دریا باشند.
این فناوری بستری را برای تولید در مقیاس صنعتی موادی فراهم می‌کند که پتانسیل زیادی برای سبز کردن صنعت پلاستیک دارد. پلاستیک از مواد بسیار شکل‌پذیر، همه‌کاره و بادوام است که در طبیعت پایدار است و بنابراین منبع قابل توجهی از آلودگی محسوب می‌شود. علاوه‌بر این، بسیاری از پلاستیک‌ها از نفت خام (یک منبع تجدید ناپذیر) تولید می‌شوند.
تولید پلاستیک سبز به روشی جدید
مهندسان در سرتاسر جهان در جستجوی جایگزین‌هایی هستند، اما هیچ‌کدام از این جایگزین‌ها مزایای مشابه پلاستیک‌های معمولی را نداشتند و نتوانستند از مشکلاتشان جلوگیری کنند. یکی از امیدوارکننده‌ترین جایگزین‌ها پلی‌لاکتیک اسید است که می‌تواند از گیاهان تولید شود، اما شکننده است و به خوبی تجزیه نمی‌شود.
برای غلبه بر این مشکلات، مهندسان زیستی دانشگاه کوبه به همراه شرکت تولیدکننده پلیمرهای زیست تخریب‌پذیر Kaneka Corporation تصمیم گرفتند اسید پلی‌لاکتیک را با پلاستیک زیستی دیگری به نام LAHB مخلوط کنند که دارای طیف وسیعی از خواص مطلوب است. اما بیشتر از همه زیست تخریب‌پذیر است و به خوبی با پلی‌لاکتیک اسید مخلوط می‌شود.
با این‌حال، برای تولید LAHB، آنها نیاز به مهندسی سویه‌ای از باکتری داشتند که به‌طور طبیعی با دستکاری سیستماتیک ژنوم ارگانیسم، از طریق افزودن ژن‌های جدید و حذف ژن‌های مزاحم، پیش‌ساز تولید می‌کند.
مجله علمی ACS Sustainable Chemistry & Engineering، گزارش می‌دهد که اکنون دانشمندان می‌توانند یک کارخانه پلاستیک باکتریایی ایجاد کنند که زنجیره‌های LAHB را در مقادیر بالا تولید می‌کند و فقط از گلوکز به‌عنوان ماده اولیه استفاده می‌کند.
علاوه‌بر این، آنها همچنین نشان می‌دهند که با اصلاح ژنوم، می توانند طول زنجیره LAHB و در نتیجه خواص پلاستیک حاصل را کنترل کنند. بدین ترتیب آنها توانستند زنجیره‌های LAHB را تا ده برابر طولانی‌تر از روش‌های معمولی تولید کنند. این زنجیره‌ها را «LAHB با وزن مولکولی فوق العاده بالا» می‌نامند.
با افزودن LAHB به این طول بی‌سابقه از پلی‌لاکتیک اسید، آنها می‌توانند ماده‌ای بسازند که تمام ویژگی‌هایی را که در نظر داریم دارا باشد. پلاستیک بسیار شفاف به‌دست آمده از این صنعت، نسبت به پلی‌لاکتیک اسید خالص بسیار بهتر قالب‌گیری می‌شود و در برابر شوک مقاوم‌تر است. همچنین در طول یک هفته در آب دریا تجزیه زیستی می‌شود.
اهداف بالاتر
«تاگوچی» درباره این دستاورد اظهار داشت:
«ترکیب اسید پلی‌لاکتیک با LAHB، می‌تواند بر مشکلات متعدد پلی‌لاکتیک اسید در یک لحظه غلبه کند. انتظار می‌رود این ماده اصلاح شده به یک پلاستیک زیست محیطی پایدار تبدیل شود که تضاد بین استحکام فیزیکی و زیست تخریب‌پذیری را برطرف و نیازها را برآورده کند.»
با این‌حال، مهندسین زیستی دانشگاه کوبه رویای بزرگ‌تری دارند. سویه باکتریایی که در این کار استفاده کردند در اصل قادر به استفاده از CO2 به‌عنوان ماده خام است. بنابراین باید بتوان پلاستیک‌های مفید را مستقیماً از گازهای گلخانه‌ای سنتز کرد.
تاگوچی توضیح می‌دهد: «با هم‌افزایی پروژه‌های متعدد، هدف ما تحقق یک فناوری تولیدی-زیستی است که به‌طور مؤثر تولید میکروبی و توسعه مواد را به‌هم مرتبط می‌کند.»
این تحقیق توسط سازمان توسعه انرژی‌های جدید و فناوری صنعتی ژاپن (Grant JPNP20005)، وزارت آموزش، فرهنگ، ورزش، علم و فناوری ژاپن (Grant 19K22069) و آژانس علم و فناوری ژاپن (Grant JPMJTM19YC) انجام شده است.
