Mikrobi požírající oxid uhličitý mohou produkovat nové bioplasty

23. července 2019  ·  Mgr. Zdeňka Březinová

S elegantní metodou ekologické recyklace přišla skupina vědců z vědeckých institutů v Coloradu a Velké Británii. Ve své studii nazvané Nanorg microbial factories: Light-driven renewable biochemical synthesis using quantum dot-bacteria nano-biohybrids popsali postup, pomocí něhož jsou schopni donutit speciálně vypěstované bakterie (A. vinelandii a C. necator) k požírání oxidu uhličitého (CO2) a následné produkci polyhydroxybutyrátu (PHB), biologicky derivovaného i odbouratelného plastu. Využita je při tom schopnost některých nanobiohybridních organismů za určitých podmínek interagovat s nanomateriály.

Publikovaná vědecká studie sestává z několika kroků od postupu pěstování bakteriálních buněk až po aktivaci jejich vlastností a výsledky testování. Na počátku VaV procesu jsou do buněk vpraveny nanoskopické core-shell (jádro-buňka) kvantové tečky (QD), tedy polovodiče podobné těm, jež se používají v televizních přijímačích. Následuje aktivace těchto QD a spuštění výroby různých biopaliv a chemikálií, při níž funkci substrátů plní oxid uhličitý, voda a dusík (ze vzduchu) a výsledný produkt se liší v závislosti na použití určitých světelných vlnových délek. Konkrétně například zelená vlnová délka nutí mikroby přeměňovat dusík na amoniak, zatímco červené vlnové délky vedou k produkci plastu. Výstupními materiály jsou biopaliva jako isopropanol (IPA), 2,3-butandiol (BDO), některé methylketony (MK), vodík (H2) a chemikálie jako kyselina mravenčí (FA), amoniak (NH3), etylén (C2H4) nebo degradovatelný polyhydroxybutyrát bioplastů (PHB).

Dalšími kroky v započatém výzkumně-vývojovém procesu budou syntetické aplikace, optimalizace procesu konverze a rovněž metodika pro zavedení technologie do širší praxe. Dosavadní testy naznačují, že zkoumané bakterie mají velkou schopnost regenerace a není tedy třeba buňky příliš často obměňovat, což přidává celé technologii na atraktivitě.

Za současné stále tíživější celosvětové ekologické situace nabízejí tyto živé mikrobiální továrny, které se krmí oxidem uhličitým a přeměňují jej na užitečné produkty, environmentálně přívětivé řešení pro odlehlé usedlosti i městské aglomerace a nabízí alternativu spaloven a skládek, jejichž negativní dopady na kvalitu ovzduší i života obyvatel jsou stále tíživější. Prostřednictvím světlem aktivovaných kvantových teček, které spalují specifické enzymy v mikrobiálních buňkách a posilují jejich „chuť“ na CO2, tak bude možno vyrábět ekologicky šetrný benzín, čpavek, paliva z bionafty i biologicky rozložitelné plasty.

Autoři studie věří, že by jejich výzkum mohl být prvním krokem k novým ekologickým výrobním procesům a v budoucnosti umožní například svádět odpad z rodinných domů do okolních rybníků, kde jej aktuálně zkoumané nanobiohybridní organismy budou přeměňovat na bioplasty a zároveň díky konzumaci CO2 omezí následky uhlíkové produkce měst.

Zdroje:
https://www.rdmag.com/news/2019/06/carbon-dioxide-eating-microbes-could-produce-new-bioplastics-chemicals

Celá vědecké studie:
https://pubs.acs.org/doi/suppl/10.1021/jacs.9b02549/suppl_file/ja9b02549_si_001.pdf