Vědci z Edinburské univerzity předali důkaz koncepce, který položí základ tomu, jak „biotechnologie může nabídnout čistší alternativu ve výrobě paracetamolu“. Bakterie Escherichia coli je schopná přeměnit molekulu získanou z plastové láhve na paracetamol . Jedná se o nové využití jednoho z patogenů odpovědných za časté a přetrvávající infekce močových cest a gastroenteritidu. Téměř před deseti lety použila vědecká skupina z Kjótského technologického institutu (Japonsko) bakterii k trávení a vstřebávání plastů. To znamená, že může žít a živit se PET (polyethylentereftalátem), jedním z nejčastěji používaných plastů v potravinářském průmyslu pro balení minerální vody, nealkoholických nápojů, olejů nebo farmaceutických výrobků atd. Nyní výzkum provedený Stevenem Wallesem a jeho týmem odborníků na Edinburské univerzitě ukazuje novou a možnou strategii přeměny plastového odpadu na užitečný produkt udržitelným způsobem .
Profesor chemické biotechnologie řekl EL MUNDO, že tento objev byl náhodný. „Naším původním cílem bylo zjistit, zda dokážeme přimět bakterie k chemické reakci zvané Lossenova přeskupení, která dosud nebyla v přírodě pozorována. K našemu velkému překvapení bakterie tuto reakci nejen provedly, ale udělaly to neobvyklým způsobem uvnitř svých buněk.“ Po tomto kroku podnikli další: „Tento objev vyvolal důležitější otázku: jak daleko můžeme zajít? Jaký užitek může tato nová schopnost přinést? Přeměna plastového odpadu na cenné chemikálie, jako je paracetamol, se nám jevila jako důležitý a vzrušující krok,“ říká Wallace. Zjistili také, že tato molekula získaná z plastu může být použita jako surovina pro výrobu paracetamolu. „Proces je překvapivě jednoduchý: probíhá ve vodě při nízkých teplotách a trvá 24 hodin . Navzdory své jednoduchosti je velmi účinný, protože produkuje paracetamol s výtěžkem 92 % “, vysvětluje profesor chemické biotechnologie.
Jak přeměnili plast z láhve na paracetamol?
Tento tým zjistil, že chemická reakce zvaná Lossova přeskupení může probíhat v živých buňkách a je katalyzována fosfátem přítomným v bakterii Escherichia coli. Tato chemická reakce produkuje typ dusíkaté organické sloučeniny, která je nezbytná pro buněčný metabolismus. Autoři použili chemické metody k rozložení plastové láhve z polyethylentereftalátu (PET), aby získali výchozí molekulu pro chemickou reakci a prokázali, že její buněčný metabolismus může ovlivnit tuto molekulu získanou z plastu.
Syntéza získaná výše uvedenou chemickou reakcí byla provedena z odpadní láhve a byla metabolicky zahrnuta do získávání biomasy a kontroly biotransformací celých buněk, jak autoři vysvětlují ve své publikaci. Získání paracetamolu tímto biosyntetickým procesem demonstruje výrobu tohoto důležitého léčiva z plastového odpadu pomocí udržitelnější strategie, která doplňuje současné chemické nebo biologické syntézy.
Tyto úspěchy byly umožněny metabolickým inženýrstvím, které „je vědou o přepracování vnitřní chemie buňky – jejího metabolismu – tak, aby mohla plnit nové úkoly nebo produkovat cenné sloučeniny“, vysvětluje Wallace. Tento odborník zdůrazňuje, že „je to podobné přeprogramování biologické desky“.
V kontextu chemické výroby Wallace vysvětluje, že se jedná o „vývoj mikroorganismů, jako jsou bakterie, pro fermentaci udržitelných složek – jako jsou cukry nebo odpad – a jejich přeměnu na běžné chemikálie, od léků, jako je acetaminofen, až po plastové složky. Jedná se o ekologičtější alternativu k tradiční výrobě, která často spoléhá na fosilní paliva“.
Tento pokrok však neřeší otázku, jak použít žluté lahvičky k výrobě paracetamolu připraveného k okamžitému použití. „Ještě máme před sebou dlouhou cestu“, lituje Wallace. V současné době „je naše práce pouze důkazem koncepce a byla provedena pouze v malém měřítku . Pracujeme na rozšíření procesu a výrobě velkých objemů paracetamolu“.
Jakmile bude tento důkaz koncepce úspěšně absolvován, dalším krokem budou klinické zkoušky na lidech, jako je tomu u všech ostatních léků. „Jakmile budeme schopni vyrábět velké množství, bude důležité projít složitým regulačním procesem [regulačními procesy uloženými agenturami pro kontrolu léčiv], který zahrnuje testování bezpečnosti a kvality před jakýmkoli klinickým použitím.“
Pro Wallace je to „jen začátek“. „Většina lidí neví, že paracetamol se v současné době vyrábí z fosilních paliv průmyslovými procesy, které produkují skleníkové plyny. Ukázali jsme, že biotechnologie může nabídnout čistší alternativu, nejen tím, že vyrábí paracetamol v šetrných, ekologicky čistých podmínkách, ale také tím, že pomáhá rozkládat plastový odpad v procesu. Pokud dokážeme přeměnit plast na lék, otevře to nespočet možností pro udržitelnou chemickou výrobu,“ uzavírá.
Udržitelné řešení pro extrémní situace
Problém plastového odpadu roste a vývoj udržitelných metod jeho recyklace zůstává prioritním úkolem. Metabolická inženýrství, která využívá síť chemických reakcí používaných v biologické buňce k výrobě požadovaných molekul, lze kombinovat s organickou chemií k vytvoření nových malých molekul. Není však jasné, zda lze všechny tyto reakce kombinovat tak, aby se plast přeměnil na užitečný produkt.
S těmito výsledky se již lze vypořádat v těchto procesech a může se jednat o první případ výroby paracetamolu Escherichia coli z odpadu. „V budoucích studiích bychom mohli zkoumat, jak mohou jiné typy bakterií nebo plastů generovat užitečné produkty,“ uzavírají autoři.
