Naučnici razvili "živu plastiku" koja se može samouništiti "na komandu"

Tim je koristio dva bakterijska soja koja su radila zajedno i potpuno razgradila materijal u roku od samo šest dana, bez stvaranja mikroplastike.

Istraživači su također istakli da mnogi mikrobi mogu razbiti duge polimerne lance na manje komade pomoću enzima. Budući da su plastike polimeri, ovi enzimi ili mikrobi koji ih proizvode mogli bi se ugraditi u "živu" plastiku.

"Ugrađivanjem ovih mikroba, plastika bi mogla efikasno 'oživjeti' i samouništiti se na komandu, pretvarajući trajnost iz problema u programabilnu karakteristiku. Spoznaja da tradicionalne plastike traju stoljećima, dok su mnoge primjene, poput ambalaže, kratkog vijeka, navela nas je da se zapitamo možemo li degradaciju direktno ugraditi u životni ciklus materijala", rekao je jedan od autora Zhuojun Dai.

Tim je također istakao da se plastika široko koristi, ali da je njena otpornost na degradaciju dovela do ozbiljnih ekoloških problema. Nedavni napredak u sintetičkoj biologiji omogućio je razvoj žive plastike ugrađene u spore.

Istraživači su naglasili da živa plastika može funkcionirati kada su spore u stanju mirovanja i raspadati se kada se spore aktiviraju. Međutim, efikasnost degradacije pojedinačnih sojeva Bacillusa i sistema s jednim enzimom ostaje ograničena.

„Da bismo riješili ovaj izazov, konstruirali smo živu plastiku ugrađenu u konzorcij. Bacillus subtilis se zasebno programira s inducibilnim genskim sklopom koji je sposoban da luči dva komplementarna enzima za razgradnju plastike: lipazu iz vrste Candida antarctica, odgovornu za nasumično cijepanje lanaca, i lipazu iz vrste Burkholderia cepacia, odgovornu za procesivnu depolimerizaciju, te se dovodi u stanje sporulacije", rekli su istraživači u studiji.

Tim je dodao da su dodatno izradili fleksibilne, degradabilne elektronske uređaje sposobne za detekciju signala ljudske elektromiografije koristeći živu plastiku baziranu na konzorcijima. Ova metoda nudi potencijalnu strategiju za rješavanje zagađenja plastikom putem programiranih koordiniranih bioloških sistema.

Tim je pomiješao uspavani oblik spora B. subtilis s polikaprolaktonom (polimerom uobičajenim u 3D printanju i u nekim hirurškim šavovima) kako bi zaštitio mikrobe prije nego što su bili potrebni.

Rezultirajuća živa plastika imala je mehanička svojstva slična onima kod običnih polikaprolaktonskih filmova. Međutim, nakon što je dodan hranjivi rastvor na 50 stepeni, spore su se aktivirale, razbijajući plastiku sve do njenih osnovnih gradivnih blokova nakon samo šest dana. Saradnja između enzima bila je toliko efikasna da je čak spriječila stvaranje mikročestica plastike tokom procesa razgradnje

Istraživači su otkrili da su kao dokaz koncepta stvorili nosivu plastičnu elektrodu od svoje žive plastike i otkrili da se ponaša kako se očekivalo, potpuno se razgrađujući u roku od dvije sedmice.

Istraživači se nadaju da će u budućnosti razviti okidač za spore u vodi, gdje završava veliki dio zagađenja plastikom. Iako se ovaj rad fokusirao na samo jedan polimer, slična strategija bi se mogla koristiti i kod drugih vrsta plastike, uključujući i one koje se obično nalaze u plastici za jednokratnu upotrebu.

Dok su se prethodni pokušaji oslanjali prvenstveno na jedan enzim, istraživači su konstruirali Bacillus subtilis da proizvodi dva kooperativna enzima za razgradnju polimera. Jedan enzim djeluje kao nasumična sjeckalica cijepajući duge polimerne lance na manje komade, dok drugi polako sa svakog kraja sitni te komade u njihove monomerne gradivne jedinice.