Konstruerade bakterier kan producera en plastmodifierare som gör förnybar plast mer bearbetbar, mer brottsäker och mycket biologiskt nedbrytbar även i havsvatten. Utvecklingen av Kobe University ger en plattform för industriell skala, avstämbar produktion av ett material som har stor potential för att göra plastindustrin grön.
Plast är ett kännetecken för vår civilisation. Det är en familj av mycket formbara (därav namnet), mångsidiga och hållbara material, varav de flesta också är beständiga i naturen och därför en betydande källa till föroreningar. Dessutom produceras många plaster av råolja, en icke-förnybar resurs.
Ingenjörer och forskare världen över letar efter alternativ, men ingen har hittats som uppvisar samma fördelar som konventionell plast samtidigt som de undviker sina problem. Ett av de mest lovande alternativen är polymjölksyra, som kan framställas från växter, men den är skör och bryts inte ned bra.
För att övervinna dessa svårigheter beslutade bioingenjörer från Kobe University som arbetar med Taguchi Seiichi, tillsammans med det biologiskt nedbrytbara polymertillverkningsföretaget Kaneka Corporation, att blanda polymjölksyra med en annan bioplast, kallad LAHB, som har en rad önskvärda egenskaper.
Framför allt är det biologiskt nedbrytbart och blandas väl med polymjölksyra. Men för att producera LAHB behövde de konstruera en bakteriestam som naturligt producerar en prekursor, genom att systematiskt manipulera organismens genom genom att lägga till nya gener och radera störande.
I tidskriften ACS Sustainable Chemistry &Engineering , rapporterar forskarna nu att de kunde skapa en bakteriell plastfabrik som producerar kedjor av LAHB i stora mängder, med bara glukos som råvara. Dessutom visar de också att de genom att modifiera genomet kunde kontrollera längden på LAHB-kedjan och därmed egenskaperna hos den resulterande plasten. De kunde således producera LAHB-kedjor upp till tio gånger längre än med konventionella metoder, som de kallar "ultra-high molecular weight LAHB."
Viktigast av allt, genom att lägga till LAHB av denna oöverträffade längd till polymjölksyra, kunde forskarna skapa ett material som uppvisar alla egenskaper de hade strävat efter. Den resulterande mycket transparenta plasten är mycket bättre formbar och mer stöttålig än ren polymjölksyra och bryts även ned i havsvatten inom en vecka.
Taguchi kommenterar denna prestation och säger:"Genom att blanda polymjölksyra med LAHB kan de många problemen med polymjölksyra övervinnas i ett svep, och det så modifierade materialet förväntas bli en miljömässigt hållbar bioplast som tillfredsställer de motstridiga behoven hos fysiska robusthet och biologisk nedbrytbarhet."
Forskarna drömmer dock större. Den bakteriestam de använde i detta arbete kan i princip använda CO2 som råvara. Det borde alltså vara möjligt att syntetisera nyttig plast direkt från växthusgasen.
Taguchi förklarar, "Genom synergieffekten av flera projekt strävar vi efter att realisera en biotillverkningsteknik som effektivt kopplar samman mikrobiell produktion och materialutveckling."
Mer information: Mikrobiell plattform för skräddarsydd produktion av biologiskt nedbrytbar polylaktidmodifierare:Ultrahögmolekylär laktatbaserad polyester LAHB, ACS Sustainable Chemistry &Engineering (2024). DOI:10.1021/acssuschemeng.3c07662
Journalinformation: ACS Sustainable Chemistry &Engineering
Tillhandahålls av Kobe University
