Naukowcy opracowali innowacyjną bakterię pokrytą polimerem, która zwiększa jej skuteczność katalityczną i zrównoważony rozwój w zastosowaniach przemysłowych.
Celem tej nowej „supermocnej” bakterii, zaprojektowanej tak, aby była bardziej wytrzymała i nadawała się do ponownego użycia, jest zminimalizowanie obciążeń dla środowiska i zasobów związanych z produkcją bakterii w branżach takich jak farmaceutyka.
Rola bakterii w przemyśle
Bakterie odgrywają kluczową rolę w przemyśle chemicznym i farmaceutycznym, pomagając tworzyć tak różnorodne produkty, jak piwo, kremy do twarzy, biodiesel i nawozy. W sektorze farmaceutycznym bakterie są niezbędne do produkcji substancji ratujących życie, takich jak insulina i penicylina.
Chociaż produkcja napędzana bakteriami zrewolucjonizowała medycynę i przemysł, wiąże się ona z poważnymi wyzwaniami. Proces wymaga znacznej energii i często wymaga użycia ostrych rozpuszczalników. Dodatkowo bakterie stosowane w produkcji mają ograniczoną żywotność i muszą być często wymieniane, co zwiększa koszty i wpływ na środowisko.
Zwiększanie trwałości i wydajności bakterii
Changzhu Wu, chemik i profesor nadzwyczajny na Wydziale Fizyki, Chemii i Farmacji Uniwersytetu Południowej Danii, dąży do zwiększenia wytrzymałości i wydajności bakterii przemysłowych. Jego badania koncentrują się na ograniczeniu energii, czasu i substancji chemicznych potrzebnych do utrzymania bakterii przy jednoczesnym zapewnieniu ich wielokrotnego użytku, co pozwala im dłużej pracować, zanim konieczna będzie wymiana.
Jego najnowsza innowacja wprowadza rodzaj bakterii o „supermocy” i została opublikowana dzisiaj (11 grudnia) w czasopiśmie Kataliza natury.
„Wzięliśmy pospolitą bakterię przemysłową, E. colii zasadniczo nadał mu „pelerynę Supermana”, aby zwiększyć jego możliwości katalityczne. Zmniejsza to zużycie energii i sprawia, że proces produkcji jest bardziej zrównoważony” – wyjaśnia Changzhu Wu.
E. coli w zastosowaniach przemysłowych
Chwila E. coli jest często kojarzony z chorobami przenoszonymi przez żywność, jest szeroko stosowany w przemyśle farmaceutycznym do produkcji podstawowych leków, takich jak insulina i hormon wzrostu, w drodze różnych reakcji chemicznych.
Przemysł wykorzystuje ogromne ilości E. colia ich wymiana powoduje straty dla środowiska, energii i czasu ze względu na takie czynniki, jak wysokie temperatury, ekstremalne poziomy pH, promieniowanie UV i narażenie na rozpuszczalniki.
Opracowując swoją „pelerynę Supermana”, Changzhu Wu poszukiwał materiału, który mógłby otoczyć bakterie, jednocześnie umożliwiając im interakcję z otoczeniem w celu przeprowadzenia pożądanych złożonych reakcji chemicznych.
Rozwiązanie polimerowe
Rozwiązanie: powłoka polimerowa integrująca się z błoną komórkową bakterii. Polimery to duże cząsteczki złożone z miliardów identycznych jednostek zwanych monomerami.
„Zasadniczo przeszczepiliśmy E. coli błonę komórkową bakterii polimerami, osiągając dwa ważne wyniki: po pierwsze, bakterie stały się silniejsze i wydajniejsze oraz mogły szybciej przeprowadzać złożone reakcje chemiczne. Po drugie, bakterie stały się lepiej chronione, co umożliwiło ich wielokrotne zastosowania. Jest to zatem rodzaj „bakterii Supermana”, który jest bardziej zrównoważony” – wyjaśnia Changzhu Wu.
Odniesienie: „Inżynieria żywych komórek za pomocą polimerów do recyklingu fotoenzymatycznego katalizy” 11 grudnia 2024 r., Kataliza natury.
DOI: 10.1038/s41929-024-01259-5
