Прорыв в использовании цианобактерий для производства пластиков из CO₂

Учёные из Манчестерского университета совершили значительный прорыв в использовании цианобактерий (сине-зелёных водорослей) для преобразования диоксида углерода (CO₂) в ценные биоматериалы.

Исследование, опубликованное в Biotechnology for Biofuels and Bioproducts, может ускорить разработку устойчивых альтернатив продуктам из ископаемого топлива, таким как пластики, и помочь создать углеродно-нейтральную циркулярную биоэкономику.

Работа под руководством доктора Мэттью Фолкнера, доктора Фрейзера Эндрюса и профессора Найджела Скраттона была сосредоточена на увеличении производства цитрамалата — соединения-предшественника для возобновляемых пластиков, таких как плексиглас. Используя инновационный подход «планирование эксперимента», команда добилась замечательного 23-кратного увеличения выхода цитрамалата за счёт оптимизации ключевых параметров процесса.

Почему цианобактерии?

Цианобактерии — это микроорганизмы, способные к фотосинтезу и превращению солнечного света и CO₂ в органические соединения. Они перспективны для промышленного применения, так как могут преобразовывать CO₂ (основной парниковый газ) в ценные продукты, не полагаясь на традиционные сельскохозяйственные ресурсы, такие как сахар или кукуруза. Однако до сих пор медленный рост и ограниченная эффективность этих организмов создавали проблемы для крупномасштабного использования.

Наука прорыва

Исследование было сосредоточено на штамме цианобактерий Synechocystis sp. PCC 6803. Цитрамалат производится в одну ферментативную стадию с использованием двух ключевых метаболитов: пирувата и ацетил-КоА. Тонкая настройка параметров, таких как интенсивность света, концентрация CO₂ и доступность питательных веществ, позволила значительно повысить производство цитрамалата.

Начальные эксперименты давали лишь небольшое количество цитрамалата, но систематический подход позволил увеличить его производство до 6.35 граммов на литр (г/л) в 2-литровых фотобиореакторах, с продуктивностью 1.59 г/л/сут.

Видение циркулярной биоэкономики

Последствия этого исследования выходят за рамки пластиков. Пируват и ацетил-КоА также являются предшественниками многих других биотехнологически значимых соединений. Таким образом, продемонстрированные методы оптимизации могут быть применены для производства различных материалов — от биотоплива до фармацевтических препаратов.

Что дальше?

Команда планирует дальнейшее совершенствование методов и изучение способов масштабирования производства с сохранением эффективности. Они также исследуют, как их подход можно адаптировать для оптимизации других метаболических путей в цианобактериях, с целью расширения ассортимента биоразлагаемых продуктов, которые можно производить устойчивым способом.