Sử dụng nấm, các nhà nghiên cứu biến nhựa đại dương thành nguyên liệu cho ngành công nghiệp dược phẩm

Nghiên cứu về nấm đang được tiến hành tại Đại học Kansas đã giúp biến chất thải nhựa khó tái chế từ Thái Bình Dương thành các thành phần chính để sản xuất dược phẩm.

Phương pháp sinh học hóa học để chuyển đổi polyetylen sử dụng một loại nấm đất hàng ngày có tên là Aspergillus nidulans đã bị biến đổi gen. Các kết quả đã được báo cáo gần đây trong bài báo "Chuyển đổi Polyetylen thành chất chuyển hóa thứ cấp từ nấm" được xuất bản trên Angewandte Chemie , một tạp chí của Hiệp hội Hóa học Đức.

Đồng tác giả Berl Oakley, Irving S, cho biết: “Những gì chúng tôi đã làm trong bài báo này là trước tiên phân hủy polyetylen bằng cách sử dụng oxy và một số chất xúc tác kim loại - những thứ không đặc biệt gây hại hoặc đắt tiền - và điều này sẽ phá vỡ nhựa thành diaxit”. .Johnson, Giáo sư Sinh học Phân tử xuất sắc tại KU.

Tiếp theo, chuỗi dài các nguyên tử carbon sinh ra từ nhựa bị phân hủy được cung cấp cho nấm Aspergillus biến đổi gen. Các loại nấm, như được thiết kế, đã chuyển hóa chúng thành một loạt các hợp chất có hoạt tính dược lý, bao gồm sản lượng thương mại của asperbenzaldehyde, citreoviridin và mutilin.

Không giống như các phương pháp trước đây, Oakley cho biết loại nấm này tiêu hóa các sản phẩm nhựa một cách nhanh chóng, giống như "thức ăn nhanh".

Ông nói: “Điều khác biệt về phương pháp này là có hai điều - đó là chất hóa học và nó là nấm. "Nhưng nó cũng tương đối nhanh. Với nhiều nỗ lực như vậy, nấm có thể tiêu hóa vật liệu, nhưng phải mất hàng tháng vì nhựa rất khó phân hủy. Nhưng điều này sẽ phá vỡ nhựa nhanh chóng. Trong vòng một tuần, bạn có thể có sản phẩm cuối cùng."

Nhà nghiên cứu của KU cho biết thêm phương pháp mới có hiệu quả "kỳ lạ".

Ông nói: “Trong khối lượng diacid đi vào môi trường nuôi cấy, 42% trở lại dưới dạng hợp chất cuối cùng. "Nếu kỹ thuật của chúng tôi là một chiếc ô tô, nó sẽ chạy với tốc độ 200 dặm một giờ, đạt 60 dặm một gallon và sẽ chạy bằng dầu ăn tái chế."

Trước đây, Oakley đã làm việc với tác giả tương ứng Clay Wang của Đại học Nam California để sản xuất khoảng một trăm chất chuyển hóa thứ cấp của nấm cho nhiều mục đích khác nhau.

Oakley cho biết: “Hóa ra là nấm tạo ra rất nhiều hợp chất hóa học, và chúng hữu ích cho nấm ở chỗ chúng ức chế sự phát triển của các sinh vật khác – penicillin là một ví dụ điển hình”. "Những hợp chất này không cần thiết cho sự phát triển của sinh vật, nhưng chúng giúp bảo vệ nó khỏi hoặc cạnh tranh với các sinh vật khác."

Trong một thời gian, các nhà khoa học nghĩ rằng họ đã khai thác hết tiềm năng của nấm để sản xuất các hợp chất này. Nhưng Oakley cho biết thời đại giải trình tự bộ gen đã mở ra những khả năng mới trong việc sử dụng các chất chuyển hóa thứ cấp để mang lại lợi ích cho nhân loại và môi trường.

Oakley cho biết: “Người ta nhận ra rằng có rất nhiều cụm gen tạo ra các chất chuyển hóa thứ cấp mà chưa ai phát hiện ra -- và có hàng triệu loài nấm. "Rất nhiều công ty đã làm rất tốt trong nhiều năm qua, nhưng còn nhiều điều chưa hoàn thiện, bởi vì họ chỉ đang phát triển các thứ trong lồng ấp và kiểm tra chúng để sản xuất các hợp chất mới -- nhưng 95% các cụm gen chỉ im lặng kể từ đó chúng không được 'bật' cho đến khi cần thiết. Chúng không làm gì cả. Vì vậy, còn rất nhiều điều cần khám phá."

Phòng thí nghiệm của Oakley tại KU đã hoàn thiện các quy trình nhắm mục tiêu gen để thay đổi biểu hiện của gen trong Aspergillus nidulans và các loại nấm khác, tạo ra các hợp chất mới.

Ông nói: “Hiện tại chúng tôi đã giải trình tự bộ gen của một loạt các loại nấm và chúng tôi có thể nhận ra dấu hiệu của các nhóm gen tạo ra các hợp chất hóa học. "Chúng tôi có thể thay đổi biểu hiện của gen; chúng tôi có thể loại bỏ chúng khỏi bộ gen; chúng tôi có thể làm mọi thứ với chúng. Chúng tôi có thể thấy có rất nhiều cụm gen chuyển hóa thứ cấp này ở đó và quy trình nhắm mục tiêu gen của chúng tôi cho phép chúng tôi, tại ít nhất là về nguyên tắc, để kích hoạt một số cụm đó."

Đồng tác giả của Oakley và Wang là Chris Rabot, Yuhao Chen, Swati Bijlani, Yi-Ming Chiang và Travis Williams của USC, và Elizabeth Oakley của KU.

Các nhà nghiên cứu tập trung vào việc phát triển các chất chuyển hóa thứ cấp để tiêu hóa nhựa polyetylen vì những loại nhựa này rất khó tái chế. Đối với dự án này, họ đã thu hoạch polyetylen từ Thái Bình Dương được thu gom tại Cảng Catalina trên Đảo Santa Catalina, California.

Oakley nói: “Đã có rất nhiều nỗ lực tái chế nhựa và một số trong số đó đã được tái chế. "Rất nhiều trong số đó về cơ bản được nấu chảy và xe thành vải và đi vào nhiều thứ bằng nhựa khác. Polyetylen không được tái chế nhiều, mặc dù chúng là một loại nhựa chính."

Điều tra viên của KU cho biết mục tiêu dài hạn của nghiên cứu là phát triển các quy trình phân hủy tất cả nhựa thành các sản phẩm mà nấm có thể sử dụng làm thức ăn, loại bỏ nhu cầu phân loại chúng trong quá trình tái chế. Ông nói thêm rằng công trình này là biểu tượng cho chủ đề nghiên cứu Trái đất, Năng lượng + Môi trường của KU, hướng tới việc "tăng cường hiểu biết để giúp duy trì sự sống trên hành tinh của chúng ta và các cư dân trên đó."

"Tôi nghĩ mọi người đều biết rằng nhựa là một vấn đề," Oakley nói. "Chúng đang tích tụ trong môi trường của chúng ta. Có một khu vực rộng lớn ở Bắc Thái Bình Dương nơi chúng có xu hướng tích tụ. Nhưng bạn cũng thấy những chiếc túi ni lông bay tứ tung -- chúng ở dưới sông và mắc kẹt trên cây. Những con sóc quanh nhà tôi thậm chí đã học cách lót tổ của chúng bằng túi nhựa. Một điều cần thiết là bằng cách nào đó loại bỏ nhựa một cách kinh tế và nếu người ta có thể tạo ra thứ gì đó hữu ích từ nó với giá hợp lý, thì điều đó sẽ khả thi hơn về mặt kinh tế."

Theo Science daily