биоразлагаемый материал

Ежегодно человечество производит 400 млн тонн неразлагаемых отходов, отравляющих океаны, почву и даже воздух микрочастицами. Ученые совершили революционный шаг в борьбе с пластиковым загрязнением — впервые удалось заставить микроорганизмы производить прочный и эластичный материал. Материал похож на нейлон, но разлагается естественным путем. Это открытие может стать ключом к замене нефтехимических пластиков экологичными аналогами.

Биотехнологи уже используют бактерии для синтеза биоразлагаемых полиэфиров, которые применяются в упаковке и медицине. Однако создание материалов, способных конкурировать с нейлоном по гибкости и износостойкости, долгое время оставалось недостижимым. Нейлон повсеместно используется в производстве одежды, мебели, в медицине и дизайне интерьера.

Новый подход меняет парадигму производства. Вместо токсичных процессов нефтепереработки ученые предлагают «выращивать» материалы в биореакторах с помощью генетически модифицированных микробов.

Микроорганизмы в природе не могут синтезировать нейлон. Однако они способны производить полимеры для хранения ресурсов в «голодные» времена, при этом микроорганизмы ограничены спектром ферментов. Ученые собрали «генетический конструктор» из ферментов разных бактерий и внедрили его в кишечную палочку E.coli. Вместо природных полимеров модифицированные бактерии начали синтезировать полиэстерамид ПЭА — гибрид полиэстера и нейлона. Секрет в амидных связях, которые придают материалу прочность, как у синтетических аналогов.

Полученный материал сочетает лучшие черты двух материалов: гибкость полиэстера и устойчивость нейлона к износу. Первые тесты показывают, что свойства полученного ПЭА по свойствам близки к полиэтилену, из которого делают пакеты и бутылки. Однако до полноценной замены нейлона еще далеко.

В лабораторных условиях учёным удалось получить впечатляющие 54 грамма ПЭА на литр питательной среды. Это доказывает, что процесс можно масштабировать. Однако «фабрика» пока работает неидеально. Чтобы извлечь полимер, бактерии приходится буквально «взламывать» — разрушать их клеточные стенки. Затем следует сложная очистка, и только после этого материал превращают в гранулы или плёнки.

Но в чем подвох? Добавление аминокислот часто «обрывает» рост полимеров, делая материал менее прочным. Также бактерии производят ПЭА в разы медленнее, чем природные полимеры. Но как бы то ни было, технология открывает путь к биоразлагаемым аналогам нейлона. Сегодня 90% такого пластика делают из нефти, а его производство выбрасывает в атмосферу миллионы тонн CO₂. Бактерии же работают на возобновляемом сырье — растительных сахарах, что не требует гигантских энергозатрат.

Следующий шаг в исследованиях — оптимизация процесса для промышленного внедрения. Если эксперименты окажутся успешными, ученые верят, что уже через десятилетие одежда, обувь и даже автомобильные детали могут изготавливаться из бактериального нейлона, не уступающего по качеству синтетическому.