Vědci vyvinuli bakterie, které dokáží z plastového odpadu vytvořit nejjemnější pavoučí hedvábí. Popsali to v odborném časopise Microbial Cell Factories.
Je to úplně poprvé, co vědci použili bakterie k přeměně polyethylenového plastu, jenž se používá v mnoha předmětech na jedno použití, na materiál s vynikajícími vlastnostmi využitelný v kosmetice, medicíně i pro textilní průmysl. Hmotě autoři říkají „bioinspirované pavoučí hedvábí“, protože je složením i vlastnostmi podobné pravému pavoučímu vláknu.
„Pavoučí hedvábí je přírodní kevlar,“ uvádí doktorka Helen Zhaová, která celý projekt vedla. „V tahu může být téměř stejně pevné jako ocel. Má ale šestkrát menší hustotu, takže je mnohem lehčí. Náš bioplast je tedy pružný, houževnatý, netoxický a biologicky odbouratelný,“ dodává. Věří, že všechny tyto vlastnosti z něj dělají skvělý materiál pro budoucnost, kdy se obnovitelné zdroje stanou normou.
Vědci využili bakterii Pseudomonas aeruginosa, která může přirozeně konzumovat polyethylen jako zdroj potravy. Nejtěžší bylo vyřešit problém, jak tuto bakterii vylepšit tak, aby přeměnila atomy uhlíku polyethylenu na geneticky kódovaný protein hedvábí. Nakonec se to ale podařilo a nově vyvinutá bakterie dokáže vyrobit hedvábný protein s výtěžností, která konkuruje některým bakteriálním kmenům, které se v biomanufacturingu používají konvenčněji.
Znečištěná planeta
Polyethylen se nachází ve výrobcích, jako jsou plastové tašky, lahve na vodu a obaly na potraviny. Je vůbec největším přispěvatelem k celosvětovému znečištění plasty a z hlediska přírody je prakticky nerozložitelný – trvá to až tisíc let.
Další problém je, že pouze malá část polyethylenového plastu se recykluje, takže bakterie použité ve studii by mohly pomoci zlikvidovat část zbývajícího odpadu, respektive ho přeměnit na něco důležitého.
Stejný trik už od starověku
Základní biologický proces, který stojí za inovací, je něco, co lidé používají už po tisíciletí. „Bakterie v podstatě fermentují plast. Fermentace se používá k výrobě a konzervaci nejrůznějších potravin, jako jsou sýry, chléb a víno, a v biochemickém průmyslu se používá k výrobě antibiotik, aminokyselin a organických kyselin,“ vysvětluje Mattheos Koffas, který se na úpravě bakterie zásadně podílel.
Aby bakterie dokázaly polyethylen fermentovat, musí se plast nejprve „předtrávit“. Podobně jako lidé musí jídlo nakrájet a rozkousat na menší kousky, než ho tělo může využít, bakterie mají potíže s konzumací dlouhých řetězců molekul neboli polymerů, které tvoří polyethylen. Vědci to dokázali tím, že plast pod tlakem zahřívali, čímž vznikla měkká voskovitá látka.
Vrstvičku této hmoty pak využili jako živinu pro kultury výše popsaných bakterií. To je výrazný rozdíl oproti typické fermentaci, při níž se jako zdroj živin používají cukry. „Je to, jako bychom bakterie místo dortem krmili svíčkami na dortu,“ ilustruje Zhaová.
Přeměna trvala jen 72 hodin – potom se dal vzniklý protein spřádat do nití nebo tvarovat do jinak užitečných tvarů. „Na tomto procesu je skvělé, že je nízkoenergetický a nevyžaduje použití toxických chemikálií,“ vyzdvihuje Zhaová. „Ani naši nejlepší chemici by nedokázali přeměnit polyethylen na pavoučí hedvábí, ale tyto bakterie to dokážou,“ dodává.
Proces je stále nepraktický
Než se ale výrobky z takto získaného pavoučího hedvábí objeví na pultech, budou muset vědci nejprve najít způsob, jak hedvábný protein vyrábět efektivněji. „Tato studie prokázala, že bakterie můžeme použít k přeměně plastu na pavoučí hedvábí. V budoucnu budeme zkoumat, jestli nám úprava bakterií nebo výrobního procesu umožní zvýšit výrobu,“ nastiňuje Koffas.
