Преобразовать все основные виды сахара, содержащиеся в овощах, фруктах и садовых отходах, в высококачественную экологичную продукцию, например в биопластики, - можно с помощью специально полученных бактерий. Этого удалось достичь
Теоретически превращение картофельных очисток в солнцезащитные очки или тростникового сахара в бамперы для машин возможно уже достаточно давно. Существующие технологии, однако, не очень эффективны, поскольку только малая часть Сахаров может быть преобразована в ценную продукцию. С помощью изменения пищевых предпочтений бактерий и их специального «обучения» ученый добился успеха в преобразовании Сахаров, содержащихся в перерабатываемых материалах, без образования биоотходов.
Перерабатываемым материалом являлась лигноцеллюлоза - сложная комбинация лигнина и целлюлозы, присутствующая в стеблях и листьях растений. Идеальным сырьем для такой переработки являются отходы органического происхождения, образующиеся при производстве пищевой продукции. Гидролиз лигноцеллюлозы разрывает длинные цепочки Сахаров. Эти молекулы Сахаров в дальнейшем могут быть обработаны бактериями и другими микроорганизмами для создания химических веществ, которые могут быть основой биопластиков. Одним из преимуществ этого процесса является возможность использования ценной части сельскохозяйственной продукции в пищевых целях, а образующихся отходов - для получения биопластиков.
Снижение стоимости переработки
Сравнивая переработку сельскохозяйственных и садовых отходов, ученый отмечает: «К сожалению, производство биопластиков из отходов органического происхождения по-прежнему является достаточно дорогостоящим процессом, поскольку отходы утилизируются не полностью.
Предварительная обработка таких отходов приводит к образованию различных видов Сахаров, таких как глюкоза, ксилоза и арабиноза. Эти три вида Сахаров составляют более 80 % Сахаров отходов органического происхождения».
Проблема состоит в том, что вид бактерий, с которыми работает ученый, Pseudomonas putida S12 может перерабатывать только глюкозу, а не ксилозу или арабинозу. В результате четверть Сахаров остаются непереработанными.
Чтобы сократить издержки производства биопластиков, необходимо «обучить» бактерии перерабатывать ксилозу и арабинозу.
Энзимы
Ксилозу необходимо «подготовить» к процессу ее переработки бактериями Pseudomonas putida S12. Это может быть сделано с помощью энзимов. Бактерии генетически модифицированы посредством встраивания определенных фрагментов ДНК в клетку, что позволяет им производить энзимы, помогающие превращению ксилозы в молекулы, с которыми «работают» бактерии Pseudomonas putida S12.
Ученый заявил, что ему удалось достичь этого с помощью введения двух генов, взятых у другой бактерии - Е. Coli.
Дальнейшее развитие
Ученый указывает, что данный подход работает, хотя и является не очень эффективным: в ходе проведенных экспериментов было переработано не более 20% ксилозы, содержавшейся в сырьевом материале. Впоследствии модифицированные бактерии смогли переработать больше ксилозы. Ученый добился этого, используя эволюционные процессы - он отбирал те бактерии, которые показывали наилучшие результаты.
После трех месяцев непрерывных экспериментов, направленных на повышение эффективности переработки Сахаров, с использованием указанных эволюционных методов бактерии смогли достаточно быстро переработать всю ксилозу, содержащуюся в сырье. «Удивительно, что они также перерабатывают и арабинозу. Таким образом, эти бактерии перерабатывают все три основных вида Сахаров, содержащиеся в отходах органического происхождения», - отметил ученый.
