Лекарство из отходов. Ученые смогли использовать мусор для производства препаратов
Исследования грибков помогли превратить трудно перерабатываемые пластиковые отходы из Тихого океана в ключевые компоненты для производства фармацевтических препаратов.
В химико-биологическом подходе к переработке полиэтилена используется обычный почвенный гриб под названием Aspergillus nidulans, который был генетически модифицирован, пишет The University of Kansas.
“Что мы сделали в этом исследовании – сначала разложили полиэтилены с использованием кислорода и некоторых металлических катализаторов, на вещества, которые не особенно вредны” — сказал соавтор Берл Окли, Ирвинг С. Джонсон, заслуженный профессор молекулярной биологии.
Затем длинные цепочки атомов углерода, образовавшиеся в результате разложения пластика, были скормлены генетически модифицированным грибам Aspergillus. Грибы, как и было задумано, метаболизировали их в ряд фармакологически активных соединений, включая коммерчески жизнеспособные выходы аспербензальдегида, цитреовидина и мутилина.
В отличие от предыдущих подходов, Окли сказал, что грибы быстро переваривают пластиковые изделия, как “фаст-фуд”.
“Что отличает этот подход, так это то, что он состоит из двух этапов — химического и грибкового, — сказал он. При большом количестве таких циклов один грибок может переварить материал, но на это уходят месяцы, потому что пластик очень проблематично разрушить. Но двухэтапный подход позволяет делать это очень быстро, в течение недели вы можете получить конечный продукт.”
Ранее Окли работал с соответствующим автором Клэем Ваном из Университета Южной Калифорнии, чтобы произвести около сотни вторичных метаболитов грибов для различных целей.
“Оказывается, грибы производят множество химических соединений, и они полезны тем, что подавляют рост других организмов — каноническим примером является пенициллин, — сказал Окли. Эти соединения не требуются для роста организма, но они помогают либо защищать его от других организмов, либо конкурировать с ними.”
Какое-то время ученые думали, что они полностью использовали потенциал грибов для производства этих соединений. Но Окли сказал, что эпоха секвенирования генома открыла новые возможности для использования вторичных метаболитов на благо человечества и окружающей среды.
“Было осознание того, что существует множество кластеров генов, которые образуют вторичные метаболиты, которые никто не открывал, и существуют миллионы видов грибов, — сказал Окли. Многие компании проделали хорошую работу за эти годы, но она была очень неполной, потому что они просто выращивали вещи в инкубаторе и исследовали их на предмет производства новых соединений — но 95 процентов генных кластеров просто молчали, так как они не “включаются” до тех пор, пока не понадобятся. Они ничего не делали. Так что впереди еще много интересного”.
Лаборатория Окли отточила процедуры нацеливания на гены, чтобы изменить экспрессию генов в Aspergillus nidulans и других грибах, производя новые соединения.
“Теперь мы секвенировали геномы нескольких грибов и можем распознавать сигнатуры групп генов, которые образуют химические соединения, — сказал он. Мы можем изменить экспрессию генов; мы можем удалить их из генома; мы можем делать с ними все что угодно. Мы могли видеть, что там было много этих кластеров генов вторичных метаболитов, и наши процедуры нацеливания генов позволили нам, по крайней мере в принципе, включить некоторые из этих кластеров”.
Исследователи сосредоточились на разработке вторичных метаболитов для переваривания полиэтиленовых пластиков, потому что эти пластики очень трудно перерабатывать. Для этого проекта они собирали полиэтилен из Тихого океана, собранный на острове Санта-Каталина в Калифорнии.
Исследователи сказали, что долгосрочная цель состоит в том, чтобы разработать процедуры для разложения всех пластиков на продукты, которые могут быть использованы грибами в качестве пищи, устраняя необходимость их сортировки во время переработки.
“Я думаю, все знают, что пластик — это проблема, — сказал Окли. Он накапливается в нашей среде. В северной части Тихого океана есть большая территория, где он имеют тенденцию скапливаться. И вы видите, как вокруг развеваются полиэтиленовые пакеты — они в реках, в почве, в деревьях. Белки вокруг домов научились выстилать свои гнезда пластиковыми пакетами. Нужно как-то избавиться от пластика, и если из него можно сделать что-то полезное по разумной цене, то это сделает его переработку экономически более выгодной.”
