Nowa era plastiku

Plastikowa kuchnia./ źródło: flickr.com; welovepandas (CC BY-NC-SA 2.0) ©2006

ResearchBlogging.org

Plastikowa kuchnia./ źródło: flickr.com; welovepandas (CC BY-NC-SA 2.0) ©2006

O tym, że bezplastiku w dzisiejszych czasach żyć się praktycznie nie da, pisałem już jakiś rok temu. I nie trzeba nikogo o tym przekonywać. Nie trzeba też nikogo przekonywać, że równie bardzo jak potrzebny, tak plastik jest szkodliwy dla środowiska. Z kilku przyczyn: po pierwsze, jego degradacja trwa setki lat, być może nawet w niektórych przypadkach millenia. Po drugie, jak już się do ekosystemów dostanie, to nie ogranicza się do samego w nich wegetowania – kilka lat temu kilka dużych portali zajęło się historią małych cząsteczek plastiku połykanych pomyłkowo przez zwierzęta morskie (głównie ryby i ptaki), co oczywiście nie wpływało szczególnie dobrze na ich kondycję. I nie ma tu zaskoczenia, co wie każdy, kto kiedykolwiek próbował zjeść jakąś plastikową zabawkę, klocka lego czy inne badziewie – niestrawność jest wówczas najmniejszym z problemów. I wreszcie jest też kwestia wytwarzania tych materiałów – większość z nich jest obecnie produkowana z ropy. A ropa, jak to ropa, z czasem nie tanieje, a jej zasoby jakoś nie chcą rosnąć. Za jakiś czas więc ludzkość będzie musiała zdecydować, co woli bardziej: chodzić do pracy na piechotę, czy znaleźć alternatywę dla plastiku (po prawdzie, to alternatywę dla ropy trzeba będzie znaleźć na całej szerokości jej zastosowań. Ale nie o tym chciałem dzisiaj).

Jeden z tych problemów – ten ostatni – wzięli na tapetę badacze z nowojorskiej politechniki, a wyniki ich badań pojawiły się niedawno w prestiżowym chemicznym journalu JACS. I chociaż spośród trzech wymienionych, nadmiar plastiku może wydawać się najmniejszym z naszych problemów, to wcale małym problemem potencjalny brak tego typu materiałów nie jest. Dlatego poszukiwania nowych źródeł plastików mają olbrzymie znaczenie – a naturalnym kierunkiem badań jest szukanie tam, gdzie synteza chemiczna dzieje się sama z siebie non-stop: w świecie ożywionym…

Otóż badacze ci zwrócili się w stronę pewnych pochodnych kwasów tłuszczowych – omega hydroksy, czyli kwasów, które przy ostatnim atomie węgla w łańcuchu mają grupę -OH. Te ostatnie są bowiem znakomitym zaczątkiem do syntezy substancji o właściwościach niezwykle zbliżonych do plastików otrzymywanych z ropy. Aby otrzymać kwasy omega hydroksy trzeba jednak najpierw dokonać utlenienia kwasów tłuszczowych (a tych oczywiście w organizmach wszelkiego rodzaju jest pełno). W naturze zachodzi to najczęściej na drodze tzw. beta-oksydacji: procesie kluczowym dla życia, bo uplątanym w ścieżki metaboliczne dostarczające organizmom energii. Jeśli jednak dałoby się przeprowadzić utlenianie na atomie węgla omega (ostatnim w łańcuchu) zamiast beta (drugim w łańcuchu), wówczas proces ten stałby się świetnym nowym źródłem opakowań na mleko…

Dwie alternatywne drogi utleniania kwasów tłuszczowych. Po prawej - tradycyjna beta-oksydacja dostarczająca acetylo-CoA do cyklu Krebbsa. Po lewej: potencjalna omega-oksydacja, która mogłaby dostarczyć monomerów do syntezy nowej rodziny plastików./ Za zgodą Macmillan Publishers Ltd: Nat. Biotechnol. 10:894 ©1992

Problem z tą omega-oksydacją polega na tym, że jest to proces trudny do przeprowadzenia w warunkach laboratoryjnych. Jak to często zresztą bywa z reakcjami, które w przyrodzie przebiegają niezwykle łatwo, szybko czy wydajnie, gdy przychodzi do mieszania składników w probówkach i podgrzewania na łaźniach wodnych, reakcje te nie chcą przebiegać w ogóle, lub przebiegają w żółwim tempie. Ot i uroki obecności niezwykłych biologicznych katalizatorów – enzymów. Na szczęście żyjemy w czasach, w których naukowcy potrafią zaprząc do wozów organizmy żywe – modyfikując materiał genetyczny np. bakterii czy grzybów tak, aby produkowały związki dla nas przydatne. I co i kto by nie krzyczał na temat genetycznie modyfikowanych organizmów, to właśnie one są i stają się przyszłością ludzkości…

Grupa Richarda Grossa sięgnęła więc do szczepu drożdży Candida tropicalis, który został zmodyfikowany tak, żeby zablokować ścieżkę beta-oksydacji poprzez dezaktywację pewnych enzymów, a także ścieżkę dalszej oksydacji kwasów omega-hydroksy do omega, delta-dihydroksy. Najbardziej praco- i czasochłonną częścię eksperymentu było otrzymanie wielu różnych genotypów, spośród których każdy miał określoną kombinację genów znokautowaną. Ta mrówcza praca została jednak sowicie nagrodzone, bowiem ostateczne wyniki wyglądają niezwykle obiecująco:

A. Porównanie pięciu genotypów pod kątem produkcji kwasów omega-hydroksy (niebieski) i dalszych omega, delta-dihydroksy (czerwony). B. Porównanie genotypów DP428 i DP522 z ilustracji A pod kątem wydajności poszczególnych procesów utlenienia w zależności od długości łańcucha węglowego. C. Wydajność produkcji kwasu omega-hydroksy w fermentorze./ Za zgodą ACS: J. Am. Chem. Soc. 132 (43): 15451 ©2010

Wyniki są nie tylko obiecujące ze względu na potencjał łatwego uzyskiwania substratów do produkcji nowych bioplastików. Pozyskiwanie ich z drożdży oznacza znacznie mniejsze niż w przypadku bardziej zaawansowanych organizmów modyfikowanych genetycznie wątpliwości natury etycznej u kogokolwiek (o ile w ogóle jakiekolwiek – w końcu kto tam dba o prawa drożdży do życia?). Zaś fakt, że proces syntezy monomerów jest częścią całego szlaku metabolicznego tego grzyba oznacza, że znalezienie metody na ich biodegradację po użyciu może nie być bardzo trudne, co rozwiązałoby kolejny z „plastikowych” problemów.

Być może jest to więc początek nowej ery plastiku…

Lu, W., Ness, J., Xie, W., Zhang, X., Minshull, J., & Gross, R. (2010). Biosynthesis of Monomers for Plastics from Renewable Oils Journal of the American Chemical Society, 132 (43), 15451-15455 DOI: 10.1021/ja107707v

P.S. Na koniec mały disklejmer – kwasów omega-hydroksy nie należy za nic mylić z kwasami tłuszczowymi omega!

1 Comment

  1. A ja pożądam idealnego plastiku, z którego byłyby produkowane Moje Ulubione Tajemnicze Itemy. Ideałem byłby polietylen nie degradujący się od UV (a degraduje się ścierwo) plus jakiś primer do malowania lepszy od farb z cyklu Krylon Fusion i od RustOleum Plastic Primer.

    Lubię

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s