مفاجئة! يمكن للمحيطات أن تحل مشكلة بلاستيك المحيط الخاصة بها

ذات مرة ، اعتقدت شركات النفط العالمية الرائدة أن بإمكانها الاستفادة من البلاستيك والبتروكيماويات كتحوط ضد انخفاض الطلب على الوقود الأحفوري. الآن يبدو أن نافذة الفرصة قد بدأت بالفعل في الإغلاق. في أحدث التطورات في هذا المجال ، اكتشف فريق بحثي مقره جامعة كوبي اليابانية كيف يمكن تحفيز شكل مجهري متواضع من الطحالب على بصق D-lactate ، وهو لبنة أساسية للبلاستيك الحيوي. للحصول على مكافأة خضراء متلألئة ، يمكن إجراء العملية الجديدة على منصة من مياه البحر.

عندما يكون Synechocystis sp. يتم وضع PCC 6803 الذي تراكم الجليكوجين في ظروف مظلمة نقص الأكسجين ، وهذا ينشط المسار الأيضي (المشار إليه بواسطة الأسهم الحمراء) الذي يعزز إنتاج D-lactone (الصورة بواسطة جامعة كوبي عبر Eurekalert).

خارج النار البلاستيكية ، في مقلاة البلاستيك الحيوي - أم لا

إذا كان "الشكل المجهري من الطحالب" يجعلك تفكر في البكتيريا الزرقاء ، فركض واشتري لنفسك سيجارًا. ركز فريق كوبي على البكتيريا الزرقاء لأنها توفر مسارًا للعمل حول حجر عثرة رئيسي للاستدامة للبلاستيك القابل للتحلل الحيوي في فئة حمض polylactic أو PLA (* 4).

حاليًا ، يركز الباحثون على توليد PLA من البكتيريا e. القولونية. المشكلة هي أن البريد. كولاي يحتاج إلى شيء يأكله. هذا الشيء هو في الأساس سكر نباتي من الذرة أو قصب السكر ، والذي يطرح مجموعة كاملة من استخدام الأراضي والموارد المائية وقضايا الاستدامة الزراعية.

تتجنب البكتيريا الزرقاء بعض هذه المشكلات. إليكم الشرح من فريق البحث في كوبي:

"البكتيريا الزرقاء … ميكروب مثالي لإنتاج مواد مفيدة ، حيث يمكنها تحويل ثاني أكسيد الكربون المثبت عبر عملية التمثيل الضوئي إلى مركبات مستهدفة متنوعة. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع البكتيريا الزرقاء بقدرة أعلى على التمثيل الضوئي مقارنة بالنباتات ، مما يعني أنه يمكن حتى زراعتها تحت ضوء قوي. لا يتطلب تربة ويمكن زراعة العديد من الأصناف في مياه البحر. لذلك من المأمول أن توفر البكتيريا الزرقاء الأساس النهائي للإنتاج الحيوي لأنها لا تتطلب سوى ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون ومياه البحر ".

لكي نكون واضحين ، لا يعني هذا تأييدًا للاستمرار في إغراق مياه الأرض بأشياء بلاستيكية يمكن التخلص منها تستخدم مرة واحدة ، سواء كانت قابلة للتحلل أم لا. تتمثل الفكرة في استبدال المستهلكات بأشياء قابلة لإعادة الاستخدام يمكن التخلص منها بشكل مسؤول بمجرد وصولها إلى نهاية عمرها الافتراضي.

صنع البلاستيك من ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون ومياه البحر

هذا يبدو بسيطًا بما فيه الكفاية ، ولكن كما هو الحال دائمًا يكمن الشيطان في التفاصيل. على الرغم من أن الأبحاث السابقة قد أظهرت أن البكتيريا الزرقاء يمكن أن تنتج D-lactate من ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون ومياه البحر ، حتى الآن لم يكتشف أحد كيفية زيادة الإنتاج إلى مستوى ذي مغزى ، لأن مسار الإنتاج لم يكن مفهوماً بالتفصيل.

لذا ، بدأ فريق كوبي في البداية. لقد أخذوا سلالة مدروسة بشكل شائع من البكتيريا الزرقاء (Synechocystis sp. PCC 6803 لأولئك منكم الذين يحتفظون بالدرجات في المنزل) المعروف بكونه قابلاً للتعديل الجيني ، وأخضعوه لتقنية يسمونها "الأيض الديناميكي".

تعتمد عمليات التمثيل الغذائي الديناميكي على تحليل الأيض القديم المنتظم ، والذي يشير إلى تحديد المركبات داخل الخلايا. تأتي الديناميكية لأن طريقة كوبي تمكن عملية تحديد الهوية من اللعب بمرور الوقت.

بناءً على أبحاثهم السابقة ، ركز الفريق على دور إنزيم الماليك في إنتاج د-لاكتات. من خلال نشر التحليل الديناميكي ، ألقوا نظرة على الاختلاف في خليتين ، إحداهما لا تحتوي على إنزيم ماليك فعال والأخرى مع إفراط هندسي في التعبير عن إنزيم ماليك.

دعونا ننتقل إلى الجزء الذي تعرضوا فيه للنسخة الهندسية من Synechocystis sp. PCC 6803 إلى بيئة تخمير تهدف إلى نمو الخلايا إلى أقصى كثافة. في هذه البيئة (الظلام + عدم وجود أكسجين) ، حققت البكتيريا الزرقاء المهندسة 26.6 جم / لتر لـ D-lactate ، أي أكثر من ضعف الرقم القياسي العالمي السابق البالغ 10.7 جم / لتر.

لمزيد من التفاصيل ، راجع دراسة الفريق في مجلة ACS Journal Synthetic Biology تحت عنوان "إنزيم Malic يسهل إنتاج d-Lactate من خلال زيادة إمداد البيروفات أثناء التخمير الداكن Anoxic في Synechocystis sp. PCC 6803.”

فصاعدا وصاعدا للبلاستيك الحيوي

حتى الان جيدة جدا. يتوقع فريق كوبي أن تعظيم مسار التمثيل الضوئي للبكتيريا الزرقاء سيزيد من تحسين إنتاج D-lactate ويؤدي إلى عملية يمكن أن تنافس اللدائن الأخرى في السوق المفتوحة.

أثناء عملهم على ذلك ، من الجدير بالذكر أن البكتيريا الزرقاء المتواضعة ظهرت كأحد عناصر العمل للاقتصاد الأخضر المتلألئ في المستقبل ، ولا يتعلق الأمر بالبلاستيك فقط.

هنا في الولايات المتحدة ، قام فريق بحثي في مختبر Brookhaven الوطني بوضع الميكروب للعمل في جهاز هجين لحصاد الضوء ، وقام فريق في مختبر Pacific Northwest National باستكشاف إمكاناته لتحويل غاز الميثان الحيوي إلى أنواع أخرى من الوقود القابل للاستخدام.

ثم هناك الأمر برمته حول إنتاج الإيثانول المتجدد من البكتيريا الزرقاء مع ضوء الشمس وثاني أكسيد الكربون ومياه البحر. على الرغم من انهيار مسعى رئيسي للقطاع الخاص في عام 2017 ، لا يزال المجال نشطًا. يعتبر مكتب الطاقة المتجددة وكفاءة الطاقة التابع لوزارة الطاقة من المعجبين. تقوم CleanTechnica بالتحقق لمعرفة ما إذا كانت لديها أي أبحاث جارية ، لذا ترقبوا المزيد حول ذلك.