Gemanipuleerde bacteriën kunnen een plastic modificator produceren die plastic uit hernieuwbare bronnen beter verwerkbaar, breukbestendiger en zeer biologisch afbreekbaar maakt, zelfs in zeewater. De ontwikkeling van Kobe University biedt een platform voor de op industriële schaal afstembare productie van een materiaal dat een groot potentieel heeft om de plasticindustrie groen te maken.

Plastic is een kenmerk van onze beschaving. Het is een familie van zeer vormbare (vandaar de naam), veelzijdige en duurzame materialen, waarvan de meeste ook persistent van aard zijn en daarom een ​​belangrijke bron van vervuiling zijn. Bovendien worden veel kunststoffen geproduceerd uit ruwe olie, een niet-hernieuwbare hulpbron.

Ingenieurs en onderzoekers over de hele wereld zoeken naar alternatieven, maar er zijn er geen gevonden die dezelfde voordelen bieden als conventionele kunststoffen, terwijl de problemen ervan worden vermeden. Een van de meest veelbelovende alternatieven is polymelkzuur, dat uit planten kan worden geproduceerd, maar dat bros is en niet goed afbreekt.

Om deze moeilijkheden te overwinnen, besloten bio-ingenieurs van de Universiteit van Kobe die met Taguchi Seiichi werkten, samen met het biologisch afbreekbare polymeerproductiebedrijf Kaneka Corporation, polymelkzuur te mengen met een ander bioplastic, genaamd LAHB, dat een reeks wenselijke eigenschappen heeft.

Bovenal is het biologisch afbreekbaar en mengt het goed met polymelkzuur. Om LAHB te kunnen produceren, moesten ze echter een bacteriestam ontwikkelen die op natuurlijke wijze een voorloper produceert, door systematisch het genoom van het organisme te manipuleren door de toevoeging van nieuwe genen en het verwijderen van storende genen.

In het tijdschrift ACS Sustainable Chemistry &Engineering , melden de onderzoekers nu dat ze een bacteriële plasticfabriek hebben kunnen opzetten die ketens van LAHB in grote hoeveelheden produceert, met alleen glucose als grondstof. Daarnaast laten ze ook zien dat ze door het aanpassen van het genoom de lengte van de LAHB-keten en daarmee de eigenschappen van het resulterende plastic kunnen controleren. Zo konden ze LAHB-ketens tot tien keer langer produceren dan met conventionele methoden, die zij 'LAHB met ultrahoog molecuulgewicht' noemen.

Het belangrijkste is dat de onderzoekers, door LAHB van deze ongekende lengte aan polymelkzuur toe te voegen, een materiaal konden creëren dat alle eigenschappen vertoont waar ze naar streefden. Het resulterende, zeer transparante plastic is veel beter vormbaar en schokbestendiger dan puur polymelkzuur, en wordt ook binnen een week biologisch afgebroken in zeewater.

Taguchi geeft commentaar op deze prestatie en zegt:"Door polymelkzuur te mengen met LAHB kunnen de vele problemen van polymelkzuur in één klap worden overwonnen, en wordt verwacht dat het zo gemodificeerde materiaal een ecologisch duurzaam bioplastic zal worden dat voldoet aan de tegenstrijdige behoeften van fysieke robuustheid en biologische afbreekbaarheid."

De onderzoekers dromen echter groter. De bacteriestam die ze bij dit werk hebben gebruikt, kan in principe CO₂ gebruiken als grondstof. Het zou dus mogelijk moeten zijn om bruikbare kunststoffen rechtstreeks uit het broeikasgas te synthetiseren.

Taguchi legt uit:"Door de synergie van meerdere projecten streven we ernaar een bioproductietechnologie te realiseren die microbiële productie en materiaalontwikkeling effectief met elkaar verbindt."

Meer informatie: Microbieel platform voor op maat gemaakte productie van biologisch afbreekbare polylactidemodificator:lactaatgebaseerd polyester met ultrahoog molecuulgewicht LAHB, ACS Sustainable Chemistry &Engineering (2024). DOI:10.1021/acssuschemeng.3c07662

Journaalinformatie: ACS Duurzame Chemie &Techniek

Aangeboden door Kobe University