Вчені з Единбурзького університету продемонстрували саме таку можливість. Вони генетично модифікували бактерії E. coli, які здатні перетворювати поліетилентерефталат (PET) — пластик, з якого виготовляють пляшки та харчову упаковку, — на L-DOPA (леводопу), один із ключових препаратів для лікування симптомів хвороби Паркінсона.
Результати дослідження опубліковано в журналі Nature Sustainability. Автори називають свою роботу першим прикладом інженерного біологічного процесу, який перетворює пластикові відходи на терапевтичну речовину для лікування неврологічного захворювання.
Від пластикової пляшки до ліків
Щороку у світі виробляють близько 50 мільйонів тонн PET. Значна частина цього пластику після використання опиняється на звалищах, спалюється або потрапляє в довкілля.
Дослідники запропонували використати цей матеріал як джерело вуглецю для виробництва цінних хімічних речовин.
Спочатку PET розщеплюють до його основного хімічного компонента — терефталевої кислоти. Потім її використовують як вихідну речовину для серії біологічних реакцій, які відбуваються за участю генетично модифікованих бактерій E. coli.
У результаті утворюється L-DOPA — молекула, яка вже багато десятиліть використовується для лікування симптомів хвороби Паркінсона.
Тобто бактерії не просто «з’їдають» пластик і знешкоджують його. Вони перетворюють вуглець із пластикових відходів на нову, значно ціннішу молекулу.
Вчені використали навіть справжню пляшку
Найцікавіше, що експеримент не обмежився чистим лабораторним PET.
Дослідники випробували сировину, отриману з промислових пластикових відходів, а також із використаної PET-пляшки, яку знайшли серед відходів в Единбурзькому університеті.
Після хімічного розщеплення пластику отриману терефталеву кислоту подали в біологічну систему з модифікованими бактеріями. У результаті вдалося отримати L-DOPA.
На наступному етапі процес масштабували. В одному з експериментів дослідники отримали концентрацію L-DOPA 5 грамів на літр і змогли виділити препарат у вигляді твердої солі за допомогою препаративної хроматографії. Автори зазначають, що отримана кількість була співмірною з кількома клінічними дозами препарату.
Чому це важливо?
Сьогодні виробництво багатьох хімічних речовин значною мірою залежить від викопної сировини. Нафта й газ використовуються як джерела вуглецю для синтезу різноманітних промислових і фармацевтичних продуктів.
Нова технологія пропонує інший підхід: не добувати новий вуглець із викопної сировини, а повторно використати той, який уже міститься у відходах.
Це відповідає концепції біологічного апсайклінгу — коли відходи не просто переробляють у матеріал нижчої або аналогічної цінності, а перетворюють на продукт із набагато більшою доданою вартістю.
У цьому випадку шлях виглядає особливо ефектно:
пластикова пляшка → хімічні компоненти PET → біологічні реакції → L-DOPA → ліки.
Це ще не означає, що ліки вже виробляють із пляшок
Попри гучність відкриття, до промислового виробництва ще далеко.
Дослідження є доказом принципової можливості, а не готовою комерційною технологією. Науковцям потрібно підвищити ефективність процесу, масштабувати його для біореакторів і перевірити, наскільки економічно та екологічно вигідним він буде у великих масштабах.
Є й практичні проблеми. Наприклад, пластикові відходи можуть містити домішки, пластифікатори та інші речовини, які потрібно повністю вилучати з кінцевого продукту. Автори також наголошують на необхідності подальшої оцінки життєвого циклу та економіки процесу.
Тому говорити, що пластикова пляшка вже сьогодні є «сировиною для ліків», було б перебільшенням. Поки що це перспективна лабораторна технологія.
Пластик може стати сировиною не лише для ліків
Потенціал методу значно ширший за виробництво L-DOPA.
Дослідники припускають, що подібні біологічні системи можна адаптувати для отримання інших цінних речовин — зокрема ароматизаторів, парфумерних компонентів, косметичних інгредієнтів і промислових хімікатів.
Таким чином, у майбутньому пластик, який сьогодні вважається проблемним відходом, може стати своєрідним резервуаром вуглецю для біологічного виробництва.
Це важлива зміна самої логіки переробки: замість того щоб просто намагатися позбутися пластикових відходів, їх можна використовувати як сировину для створення продуктів із високою доданою вартістю.
Від пляшки — до циркулярної економіки
Уявімо виробничий цикл, у якому пластик не закінчує своє життя на звалищі чи у сміттєспалювальному заводі.
Його розщеплюють, отримані молекули використовують бактерії, а ті виробляють нову корисну речовину. У випадку дослідження з Единбурга цією речовиною стала L-DOPA.
Саме такий підхід називають біологічним апсайклінгом: відходи перетворюються не просто на вторинну сировину, а на матеріал для виробництва продуктів із високою цінністю.
І хоча до моменту, коли пацієнт зможе прийняти таблетку L-DOPA, виготовлену з переробленої пластикової пляшки, ще далеко, принцип уже продемонстровано.
Вперше вчені показали, що вуглець зі звичайного PET-пластику можна біологічним шляхом перетворити на молекулу лікарського препарату для лікування симптомів хвороби Паркінсона.
Можливо, у майбутньому пляшка, яку сьогодні ми викидаємо у смітник, стане не кінцем історії, а лише початком нового виробничого циклу. Джерело