Bakteria przekształca plastik w paracetamol

Bakteria połyka plastikową butelkę, a po dostaniu się do jej wnętrza komórka fermentuje odpady jak piwo i przekształca je w paracetamol. Tak można podsumować badanie naukowe — opublikowane w ten poniedziałek w czasopiśmie Nature . Badanie to, opublikowane po raz pierwszy w „zupełnie nowy” sposób, wykorzystuje klasyczną chemię, według Stephena Wallace'a, autora badania. Wyjaśnia innowację: „Używając żywych mikrobów, przeprowadziliśmy wyrafinowane transformacje chemiczne, które mogą otworzyć nowe, bardziej ekologiczne i zrównoważone sposoby wytwarzania cennych materiałów, takich jak leki, z odpadów”.

Wallace i jego zespół naukowy z University of Edinburgh (Wielka Brytania) zdołali naturalnie wywołać w żywej bakterii Escherichia coli to, co do tej pory obserwowano tylko w probówkach . Jest to transformacja cząsteczek pochodzących z kwasu w kluczowe związki do produkcji leków — takich jak paracetamol — w wyniku reakcji znanej jako przegrupowanie Lossena. Naukowcy przenieśli to na wyższy poziom i byli w stanie odtworzyć tę zdolność w bakteriach, wykorzystując wyłącznie same komórki mikrobiologiczne i bez uciekania się do złożonych katalizatorów laboratoryjnych.

„Ciekawostką jest to, że nie musieliśmy uczyć bakterii, jak przeprowadzić reakcję: sztuczka polegała na uświadomieniu sobie, że mają już narzędzia i trzeba je tylko pokierować” — wyjaśnia Wallace. W swoich komórkach bakterie naturalnie zawierają fosforan, który może aktywować katalizę chemiczną, która zainteresowała naukowców. „Wykorzystaliśmy biologię syntetyczną do zbudowania nowych ścieżek biologicznych w bakteriach. Ścieżki te kierują chemią komórki w kierunku wytworzenia określonego związku, którego chcieliśmy. W tym przypadku leku” — wyjaśnia autor. Zamiast więc zmuszać bakterie do zrobienia czegoś nowego, naukowcy po prostu dali im odpowiednią mapę i pozwolili, aby ich własna chemia zrobiła resztę.

Plastik wchodzi do gry na samym początku procesu, kiedy PET — szeroko stosowany w pojemnikach na napoje — jest rozkładany na jeden ze swoich bloków konstrukcyjnych, który następnie staje się cząsteczką zdolną do wywołania reakcji chemicznej wewnątrz bakterii. Stamtąd mikroorganizmy przekształcają tę cząsteczkę w kluczowy składnik, a ostatecznie w paracetamol. „Na podstawie naszych obserwacji jest bardzo prawdopodobne, że wiele — lub nawet większość — bakterii może przeprowadzać tego typu transmutacje. Otwiera to nowy sposób myślenia o tym, jak moglibyśmy wykorzystać mikroby jako maleńkie fabryki chemiczne” — zauważa Wallace.

Fabryki bezemisyjne

Te miniaturowe fabryki działają również w temperaturze pokojowej i nie generują emisji dwutlenku węgla. To kolejna kluczowa różnica w stosunku do tradycyjnej produkcji paracetamolu. Badacz wyjaśnia: „Fascynujące jest to, że tak niewiele osób wie, że paracetamol, który przyjmują, zaczyna swoje życie jako ropa naftowa”. Dodaje: „To, co najbardziej mnie ekscytuje w naszej pracy, to to, że zademonstrowaliśmy nowy, bardziej ekologiczny sposób produkcji tego globalnego leku, wykorzystując fermentację bakteryjną zamiast paliw kopalnych”.

Choć jeszcze za wcześnie, aby to stwierdzić, może to być część szerszej zmiany w kierunku bardziej zrównoważonej, opartej na bioprodukcji produkcji, zarówno w przemyśle farmaceutycznym, jak i w recyklingu tworzyw sztucznych. „W końcu odpady to po prostu węgiel, a mikroby kochają węgiel. Zamiast uwalniać odpady do atmosfery poprzez spalanie lub składowanie na wysypiskach, możemy je wykorzystać” — dodaje Wallace.

W tej pierwszej fazie badań wyprodukowano i wyekstrahowano jedynie niewielkie ilości paracetamolu. Następnym celem jest zwiększenie produkcji, a na koniec należy przetestować wyniki : „Badania na ludziach to zupełnie inny etap, i słusznie. Każdy lek przeznaczony do użytku komercyjnego musi przejść rygorystyczne testy bezpieczeństwa i regulacyjne, co wymaga czasu i ścisłego nadzoru” — zauważa badacz. Tak więc, chociaż naukowcy uważają, że ich praca wykazuje „ekscytujący potencjał”, wciąż jest długa droga do przebycia, zanim ta bakteryjna wersja paracetamolu będzie mogła być rozważana do użytku medycznego.