Бактерия превращает отдельные компоненты нейлона в ценные продукты

Ученые из Института био- и геонаук–Биотехнологии исследовательского центра Юлиха совместно с компанией Novonesis создали бактерию, которая «поедает» отдельные строительные блоки разных типов нейлона и превращает их в ценные продукты. Результаты помогут улучшить переработку нейлона. Исследование опубликовано в журнале Nature Microbiology.

Синтетические полиамиды, известные как нейлон, обладают высокой прочностью и долговечностью. Они используются в различных отраслях для производства одежды, парашютов, сетей, рыболовных лесок и автокомпонентов.

Несмотря на широкое применение, уровень переработки полиамидов составляет менее 5%. Большая часть отходов нейлона отправляется на свалку, выбрасывается в окружающую среду или сжигается с выделением токсичных веществ.

Традиционные методы переработки часто неэффективны. Механическая переработка (плавление и формование) осуществляется в очень малых масштабах, так как требует чистого сырья. Химическая переработка может разлагать нейлон на строительные блоки, но часто оставляет смесь отдельных молекул и коротких молекулярных цепей — олигомеров.

Эту смесь сложно обрабатывать по сравнению с чистыми мономерами. Именно здесь заключается инновация исследовательской группы.

Новое решение: бактерии используют отходы нейлона как источник пищи

Команда под руководством профессора Ника Виркса генетически модифицировала безвредную почвенную бактерию Pseudomonas putida, чтобы она могла метаболизировать эту смесь компонентов нейлона и превращать её в ценные продукты, например, биополиэфиры.

Ключом к успеху стало сочетание генной инженерии и лабораторной эволюции, позволяющее эффективно обучать бактерии новым навыкам.

«Некоторые бактерии развивают способность эффективнее перерабатывать компоненты нейлона благодаря случайным мутациям в геноме. Эти клетки получают преимущество в росте и размножаются быстрее. После нескольких поколений в лаборатории, где строительные блоки нейлона были единственным источником питания, культура в конечном итоге состоит только из этих специализированных клеток», — говорит Виркс.

Проанализировав геномы, исследователи выявили ответственные мутации и внедрили их в клетки Pseudomonas putida. Кроме того, были введены гены специальных ферментов — нейлоназ, позволяющих бактериям использовать короткие цепи химически разложенного нейлона как дополнительный источник пищи. Потенциал таких ферментов изучался в более раннем исследовании совместно с Novonesis.

Результаты являются частью недавно завершенного европейского проекта Glaukos, целью которого было сделать жизненный цикл одежды, рыболовных снастей и их покрытий более устойчивым за счет создания новых процессов и биоразлагаемых текстильных волокон, одновременно значительно сократив углеродный след и загрязнение пластиком.