Żywe komórki wyprodukują ekologiczne tworzywa sztuczne

Naturalne związki organiczne zawierające fluor stanowią rzadkość, ponieważ zdecydowana większość organizmów żywych nie potrafi wytwarzać ich samodzielnie. Mimo tego amerykańskim naukowcom udało się zmodyfikować genetycznie gospodarza mikrobiologicznego, który zaczął syntetyzować monomer do produkcji biominerałów in vivo, pozwalających na otrzymywanie ekologicznych tworzyw sztucznych.

W przeciwieństwie do częstotliwości występowania w przyrodzie, komercyjnie fluor jest wykorzystywany wyjątkowo często. Stanowi ważny składnik powłoki teflonowej pokrywającej patelnie, jest obecny w wielu agrochemikaliach i około 20-30% nowoczesnych farmaceutyków, począwszy od leków cytostatycznych, a kończąc na preparatach dożylnych oraz inhalacyjnych. Ten pierwiastek można znaleźć nawet w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych i czynnikach chłodniczych. W związku z dużym zapotrzebowaniem na fluor, naukowcy pracujący z Michelle C.Y. Chang na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley postanowili zmodyfikować proces biosyntezy w komórkach, aby pozyskać w ten sposób fluorowane metabolity oraz wykorzystać je na rynku produkcyjnym. W tym celu wprowadzili do bakterii E. Coli geny kodujące trzy enzymy z różnych drobnoustrojów. Dzięki takiej manipulacji pochodne fluoru mogły być użyte jako substraty do procesu syntezy o wysokiej wydajności.

Podczas badań naukowcy zdecydowali się wprowadzić do komórek bakteryjnych jeszcze jeden gen, odpowiedzialny za wytwarzanie PHA, czyli poliestrów magazynujących węgiel i energię. Biodegradowalne PHA są stosowane w produkcji tworzyw sztucznych, które umożliwiają wytwarzanie implantów medycznych oraz opakowań, np. na produkty spożywcze. Zmodyfikowane genetycznie mikroorganizmy włączały fluorowane związki do PHA, wytwarzając ostatecznie polimery zawierające od 5 do 15% fluorowanych monomerów. Otrzymane ekologiczne tworzywa sztuczne były mniej kruche od PHA połączonego bezpośrednio z fluorem. Odkrycie ma szanse wpłynąć na lepsze wykorzystanie uzyskanego materiału na rynku implantów medycznych i opakowań.

Źródło:Michelle C. Y. Chang et al., Angewandte Chemie International Edition, 10.1002/anie.201706696