В России нашли способ вдвое снизить стоимость изготовления экологичного биоразлагаемого полимера с помощью специально выведенных бактерий, говорится в материале "Известий". Вещество способно разлагаться в природной среде на углекислый газ и воду в течение года. При запуске масштабного производства можно будет в короткие сроки разгрузить переполненные полимерными отходами свалки, частично отказаться от строительства дорогостоящих мусоросжигательных заводов и запуска перерабатывающих предприятий. Синтезированные микроорганизмами материалы также можно использовать в медицине и других областях.
Ученые получают полимер с помощью бактерий, которые, питаясь различными субстратами (например, раствором сахара или глицерином), растут и синтезируют ценные соединения, включая биопластики. Микроорганизмы используют эти вещества в качестве строительного материала для синтеза необходимых им клеточных компонентов. В их числе можно выделить внутриклеточные запасы полимеров монокарбоновых кислот, представляющих собой разрушаемые полимеры. Одно из достоинств таких веществ — возможность изменения их свойств, которое осуществляют добавлением новых компонентов в исходный субстрат. По словам ученых, в результате данного процесса у бактерий изменяется обмен веществ, что приводит к получению материала с новыми характеристиками.
"Процесс биосинтеза выглядит следующим образом. Сначала ученые помещают несколько колоний культуры Cupriavidus eutrophus B-10646 в среду нового состава с небольшой концентрацией добавки (в её качестве может выступать одна из органических кислот), и отбирают те, которые оказались наиболее устойчивы к вновь созданным условиям, — рассказала старший научный сотрудник Института Биофизики СО РАН, доцент Сибирского федерального университета Наталья Жила. — В дальнейшем насыщенность субстрата увеличивают и повторяют отбор микроорганизмов до тех пор, пока через несколько десятков поколений не удается получить штаммы, способные расти в новых условиях".
По словам эксперта, использованные микроорганизмы отличаются повышенной производительностью. От 100 г бактерий, распределенных в литре жидкости (например, в субстрате на основе глицерина), можно получить до 80 г полимера каждые 60 часов, что значительно, практически вдвое, превышает результаты зарубежных коллег, подчеркнула Наталья Жила.
Имеющаяся у ученых коллекция микроорганизмов позволяет синтезировать несколько видов полимеров, отличающихся по свойствам и пригодных для различных сфер применения. В частности, бактерии можно использовать для создания полимерной упаковки, которая в отличие от ее нефтехимических аналогов будет быстро разлагаться в естественной среде.
"При контакте с природными бактериями-разрушителями наш полимер разлагается на воду и углекислый газ. Причем его долговечность и свойства (например, пластичность) можно регулировать путем внедрения специальных добавок-пластификаторов в исходный субстрат", — пояснила Наталья Жила.
При внедрении новой упаковки можно будет решить такие проблемы как переполненность свалок пластиковым мусором. Также отпадет необходимость в строительстве дорогостоящих мусоросжигательных производств и запуска перерабатывающих предприятий.
"На сегодняшнем этапе биоразлагаемый пакет из нашего полимера будет стоить порядка 140 рублей, что дороже аналогов из бумаги и стандартного полиэтилена, — отметила доцент базовой кафедры „Биотехнологии" Сибирского федерального университета (вуз-участник проекта „5–100") Анна Шумилова. — Однако цену можно снизить при создании масштабных производств и их размещении вблизи предприятий пищевой промышленности, отходы которых должны стать наиболее доступными субстратами для культивирования бактерий".
Также новый вид полимера планируют использовать в медицине — в частности из него можно делать перевязочные материалы, шовные нити и костные протезы, обладающие высокой биосовместимостью. По словам эксперта, в настоящее время стоимость 1 г медицинской разновидности пластика составляет около 2 тыс. рублей. Но после запуска производства цену планируется снизить до 300 рублей, что позволит новым изделиям конкурировать с аналогами на рынке.
Однако возможность быстрого перехода к использованию таких полимеров часть научного сообщества ставит под сомнение. "Биоразлагаемые полимеры действительно целесообразно использовать в медицине, поскольку они не вызывают аллергии и полностью совместимы с организмом человека, — отметила старший научный сотрудник лаборатории „Перспективные композиционные материалы и технологии" РЭУ им. Г. В. Плеханова Елена Масталыгина. — Однако для широкомасштабного производства упаковки (а ее необходимо выпускать тоннами), на мой взгляд, не будет хватать даже улучшенной производительности бактерий".
Ученые получают полимер с помощью бактерий, которые, питаясь различными субстратами (например, раствором сахара или глицерином), растут и синтезируют ценные соединения, включая биопластики. Микроорганизмы используют эти вещества в качестве строительного материала для синтеза необходимых им клеточных компонентов. В их числе можно выделить внутриклеточные запасы полимеров монокарбоновых кислот, представляющих собой разрушаемые полимеры. Одно из достоинств таких веществ — возможность изменения их свойств, которое осуществляют добавлением новых компонентов в исходный субстрат. По словам ученых, в результате данного процесса у бактерий изменяется обмен веществ, что приводит к получению материала с новыми характеристиками.
"Процесс биосинтеза выглядит следующим образом. Сначала ученые помещают несколько колоний культуры Cupriavidus eutrophus B-10646 в среду нового состава с небольшой концентрацией добавки (в её качестве может выступать одна из органических кислот), и отбирают те, которые оказались наиболее устойчивы к вновь созданным условиям, — рассказала старший научный сотрудник Института Биофизики СО РАН, доцент Сибирского федерального университета Наталья Жила. — В дальнейшем насыщенность субстрата увеличивают и повторяют отбор микроорганизмов до тех пор, пока через несколько десятков поколений не удается получить штаммы, способные расти в новых условиях".
По словам эксперта, использованные микроорганизмы отличаются повышенной производительностью. От 100 г бактерий, распределенных в литре жидкости (например, в субстрате на основе глицерина), можно получить до 80 г полимера каждые 60 часов, что значительно, практически вдвое, превышает результаты зарубежных коллег, подчеркнула Наталья Жила.
Имеющаяся у ученых коллекция микроорганизмов позволяет синтезировать несколько видов полимеров, отличающихся по свойствам и пригодных для различных сфер применения. В частности, бактерии можно использовать для создания полимерной упаковки, которая в отличие от ее нефтехимических аналогов будет быстро разлагаться в естественной среде.
"При контакте с природными бактериями-разрушителями наш полимер разлагается на воду и углекислый газ. Причем его долговечность и свойства (например, пластичность) можно регулировать путем внедрения специальных добавок-пластификаторов в исходный субстрат", — пояснила Наталья Жила.
При внедрении новой упаковки можно будет решить такие проблемы как переполненность свалок пластиковым мусором. Также отпадет необходимость в строительстве дорогостоящих мусоросжигательных производств и запуска перерабатывающих предприятий.
"На сегодняшнем этапе биоразлагаемый пакет из нашего полимера будет стоить порядка 140 рублей, что дороже аналогов из бумаги и стандартного полиэтилена, — отметила доцент базовой кафедры „Биотехнологии" Сибирского федерального университета (вуз-участник проекта „5–100") Анна Шумилова. — Однако цену можно снизить при создании масштабных производств и их размещении вблизи предприятий пищевой промышленности, отходы которых должны стать наиболее доступными субстратами для культивирования бактерий".
Также новый вид полимера планируют использовать в медицине — в частности из него можно делать перевязочные материалы, шовные нити и костные протезы, обладающие высокой биосовместимостью. По словам эксперта, в настоящее время стоимость 1 г медицинской разновидности пластика составляет около 2 тыс. рублей. Но после запуска производства цену планируется снизить до 300 рублей, что позволит новым изделиям конкурировать с аналогами на рынке.
Однако возможность быстрого перехода к использованию таких полимеров часть научного сообщества ставит под сомнение. "Биоразлагаемые полимеры действительно целесообразно использовать в медицине, поскольку они не вызывают аллергии и полностью совместимы с организмом человека, — отметила старший научный сотрудник лаборатории „Перспективные композиционные материалы и технологии" РЭУ им. Г. В. Плеханова Елена Масталыгина. — Однако для широкомасштабного производства упаковки (а ее необходимо выпускать тоннами), на мой взгляд, не будет хватать даже улучшенной производительности бактерий".