Учёные создали «живой» пластик с программируемым распадом

Учёные создали носимый пластиковый электрод из своего «живого» пластика и обнаружили, что он ведёт себя так, как и ожидалось — полностью разлагается в течение всего двух недель Автор: Прабхат Ранджан Мишра Исследователи разработали новый вид пластика, который может самоуничтожаться по команде. В этом материале вместе с полимерами заложены активируемые микроорганизмы, способные разрушать пластик Команда применила два бактериальных штамма, действовавших в тандеме: они полностью разложили материал всего за шесть дней, не образовав микропластика Учёные также подчеркнули, что многие микроорганизмы с помощью ферментов умеют расщеплять длинные полимерные цепи на более мелкие фрагменты. Поскольку пластики по сути — полимеры, такие ферменты или сами микробы, их продуцирующие, можно интегрировать в «живой» пластик Встраивая эти микроорганизмы, пластик может словно ожить и по команде самоуничтожаться, превращая долговечность из проблемы в программируемую функцию», — сказал Чжоуцзюнь Дай, один из авторов статьи «Встраивая этих микроорганизмов, пластик словно оживает и по команде самоуничтожается — то есть долговечность перестаёт быть проблемой и превращается в управляемую функцию», — сказал Чжоуцзюнь Дай, один из авторов статьи Осознание того, что традиционные пластики сохраняются веками, тогда как применяются, по сути, одноразово (например, для упаковки продуктов), заставило учёных задаться вопросом: нельзя ли заложить разложение прямо в жизненный цикл материала Команда отметила, что хотя пластик широко используется, его устойчивость к распаду породила серьёзные экологические и природоохранные проблемы. И вот, недавние достижения в синтетической биологии позволили создать «живые» пластики с внедрёнными спорами Исследователи подчёркивают: такие материалы работают, пока споры находятся в спящем состоянии, и разлагаются, когда споры активируются. Вместе с тем эффективность разрушения одним штаммом Bacillus или одной ферментной системой остаётся ограниченной «Чтобы справиться с этой задачей, мы создали живой пластик с встроенным консорциумом микроорганизмов», — сообщили авторы исследования «Каждый штамм Bacillus subtilis запрограммирован отдельно: в их генетическую схему заложена возможность по команде выделять два взаимодополняющих фермента, разрушающих пластик — Candida antarctica отвечает за случайные разрывы полимерных цепей, а Burkholderia cepacia обеспечивает деполимеризацию; при стрессовом воздействии второй штамм переходит в состояние спорообразования» Команда также отметила, что на базе такого консорциумного живого пластика были изготовлены гибкие, разлагаемые электронные приборы, способные регистрировать человеческие электромиографические сигналы. Предложенный подход открывает путь к борьбе с пластиковым загрязнением через программируемые, скоординированные биологические системы Для защиты микроорганизмов до момента их активации исследователи смешали спящую спорную форму B. subtilis с поликапролактоном — полимером, который активно применяется в 3D‑печати и некоторых хирургических швах Получившийся «живой» пластик по механике ничем не отличался от обычных плёнок поликапролактона. Но как только к нему добавили питательную среду при 50 °C, споры пробудились — и уже через шесть дней материал распался до своих исходных молекулярных «кирпичиков». Слаженная работа ферментов была настолько точной, что в процессе не образовалось никаких микрочастиц пластика В качестве демонстрации концепции учёные изготовили из этого материала носимый пластиковый электрод: он выполнял свою функцию, а затем в течение двух недель полностью исчез В будущем учёные рассчитывают создать триггер, который будет активировать споры в воде — именно туда попадает большая часть пластикового загрязнения. И хотя в этой работе исследовали только один полимер, тот же подход можно адаптировать и к другим видам пластика, в том числе к тем, что чаще всего встречаются в одноразовой упаковке Поскольку предыдущие попытки опирались главным образом на один фермент, исследователи запрограммировали Bacillus subtilis на выработку двух взаимодополняющих ферментов, разрушающих полимеры. Один фермент действует как случайный «рубильщик», разрезая длинные полимерные цепи на более короткие фрагменты, а второй медленно «пережёвывает» эти кусочки, откусывая по концам и доводя их до мономерных строительных блоков Оригинал: Interesting Engineering