Genetiğiyle Oynanmış Mikroplar Atık Plastiği Vaniline Dönüştürdü
İngiltere’deki bilim insanları, plastik atıklarını vanilin haline getirmek için genetik olarak Escherichia coli‘yi tasarladılar. Edinburgh Üniversitesi’nden Stephen Wallace, “Plastik atıkları daha fazla plastiğe geri dönüştürmek yerine sistemimizinde de ilk kez çalıştığımız üzere plastiği mikrobiyal hücreler için bir beslenme stoğu olarak kullanılabiliriz. Plastik atıkları,daha yüksek değere v endüstriyel faydaya sahip bir şeye dönüştürülebilir.” dedi. “Biyo dönüşüm, sadece mevcut kimyasal sürecin yerini almakla kalmaz, aynı zamanda modern sentetik yöntemlerle yapılamayan bir şey elde eder.”
Polietilen tereftalat (PET), en yaygın kullanılan plastik türlerinden biridir. Mevcut geri dönüşüm teknolojilerinin çoğu, PET’i ikame monomerlerine, etilen glikol ve tereftalik aside indirgemekte ve ardından bunları ikinci nesil plastik malzemelerde yeniden kullanmaktadır. Yine Edinburgh Üniversitesi’nden Wallace ve Joanna Sadler bu monomerleri alternatif ürünlere dönüştürmek istedi.
Araştırma ikilisi, tereftalik asidi vaniline dönüştüren bir E. coli suşu oluşturmak için genetik mühendisliğini kullandı. Vanilin, vanilyanın karakteristik kokusundan ve tadından sorumlu moleküldür. Gıda ve kozmetikte kullanılır ve endüstriyel olarak önemli bir platform kimyasaldır. Geleneksel olarak, vanilya bitkisinden elde edilir ancak küresel talep doğal kaynaklardan gelen arzdan çok daha ağır basar. Sadler, doğrudan atıklardan elde edilen vanilin gıda tüketimi için düzenleyici standartları karşılayıp karşılamayacağından emin değil, ancak kozmetik veya dökme kimyasal olarak diğer uygulamalar için uygun olacağını öngördü.
Fotoğraf 1: PET’i vaniline dönüştürmek için önerilen enzimatik yol (Kaynak: Stephen Wallace/University of Edinburgh)
Modifiye edilmiş E. coli, tereftalik asidi bir oksidasyon, bir metilasyon ve iki indirgeme aşaması yoluyla vaniline dönüştürmek için enzimler üretti. Bu enzimler, Wallace’ın ‘bu hücrenin yapmasını istediğiniz kimya için etkili bir talimat kitabı olan dairesel DNA parçaları ‘ olarak tanımladığı plazmidler üzerindeki hücreye tanıtıldı. E. coli’ye bu kadar çok sayıda yerli olmayan enzim eklemenin büyük bir zorluk olduğunu kanıtladı. Sadler “ Yeni enzimler üretmeye başladığınızda, hücre üzerinde çok fazla stres yaratırsınız ve bir noktada, yapmasını istediğiniz iş miktarından memnun kalmazsınız. Bu da çeşitli biyolojik engeller yaratıyor.” diye açıkladı. Reaksiyon koşullarının ve ortamın dikkatli bir şekilde optimize edilmesiyle, sonunda enzimlerin her birinin tereftalik asidin vaniline biyokatalitik dönüşümünde rol oynayabileceği en etkili bir nokta buldular.
Ne yazık ki, hücrenin dönüşümü gerçekleştirmesini sağlamak savaşın sadece yarısıydı. Sadler, “Bütün hücre biyokatalizinin pek çok faydası vardır ancak kimyanın gerçekleşmesi için substratı fiziksel olarak hücreye sokmak büyük bir zorluk.” dedi. Bunun üstesinden gelmek için, geçirgenliğini artırmak için hücre zarında delikler açarak az miktarda alkol eklediler. Başka bir sorun ise vanilinin kendisinin yeni E. coli türü için toksik olmasıydı. Bu toksisite sorunlarını azaltmak için ürünü oleil alkole özütleyerek yerinde reaksiyon karışımından çıkardılar. Ekip, eldeki optimize edilmiş koşullarla Edinburgh’da bir sokaktan alınan atık plastik şişeyi tek kapta doğrudan vaniline dönüştürdü.
Almanya Hamburg Üniversitesi’nde mikrobiyal plastik bozunması konusunda uzman olan Wolfgang Streit, “Bu, tereftalik asidin biyoteknolojik bir sürece uygulanabileceğini gösteren çok umut verici ve yerinde bir çalışmadır.” dedi. “PET atıklarının biyolojik olarak tek bir katma değerli küçük moleküle çevrilmesi için net bir strateji belirlediler. Vanilin, bir platform kimyasal bileşiği olarak hizmet etme potansiyeline sahip olduğundan, ortaya çıkan mikrobiyolojik plastik geri dönüşüm alanına önemli bir katkı sağladı.” İsveç’teki Kth Royal Institute of Technology’de mikrobiyal atık değerlemesi alanında araştırmacı olan Zeynep Cetecioğlu, çalışmayı sadece şehirlerde biyorafineri merkezleri oluşturmak için değil, aynı zamanda daha sürdürülebilir bir toplum için de oldukça önemli bir adım olarak nitelendirdi.”Plastik atıklar tüm dünya için büyük bir sorundur ve bertaraf etmek için bir çözüm bulunmasına ihtiyaç vardır. Bu çalışma, bir adım daha ileri gitti ve plastik atık bileşiğini yüksek değerli kimyasallara başarıyla dönüştürdü.”
Yararlı dönüşümün yanı sıra Wallace, “Araştırmalarının, problemli bir son ürün olarak plastik atık algısını modern endüstriyel biyoteknoloji için kullanılabilir bir hammaddeye dönüştürdüğünü” söyledi. Wallace ve Sadler, PET atıklarından diğer değerli molekülleri yapmak için alternatif yollar tasarlamanın yanı sıra reaksiyonu daha da optimize etmeyi ve ölçeklendirmeyi planlıyor. Sadler, “Bana göre bu sadece başlangıç.” dedi. “Sanırım atık plastikle her türlü şeyi yapabileceğimizi anladığımıza göre gerçekten heyecan verici bir noktadayız.”
Kaynak: chemistryworld.com