Mikroben verwandeln Plastikmüll in Paracetamol
Wie traditionelle Chemie mit der Ingenieurbiologie zusammenarbeiten kann, um lebende mikrobielle Fabriken zu schaffen, die nachhaltige Chemikalien herstellen können
Die Herstellung von Paracetamol könnte durch die Entdeckung revolutioniert werden, dass ein gewöhnliches Bakterium alltäglichen Plastikmüll in das Schmerzmittel umwandeln kann, wie eine Studie zeigt. Die neue Methode verursacht praktisch keine Kohlenstoffemissionen und ist nachhaltiger als die derzeitige Herstellung des Medikaments, so die Forscher.
Paracetamol wird traditionell aus den schwindenden Vorräten an fossilen Brennstoffen, einschließlich Erdöl, hergestellt. Tausende Tonnen fossiler Brennstoffe werden jährlich verbraucht, um die Fabriken anzutreiben, die das Schmerzmittel zusammen mit anderen Arzneimitteln und Chemikalien herstellen - ein erheblicher Beitrag zum Klimawandel, sagen Experten.
Bekämpfung der Umweltverschmutzung
Der Durchbruch ist eine Antwort auf die dringende Notwendigkeit, einen weit verbreiteten Kunststoff namens Polyethylenterephthalat (PET) zu recyceln, der letztlich auf Mülldeponien landet oder die Meere verschmutzt.
Der starke, leichte Kunststoff wird für Wasserflaschen und Lebensmittelverpackungen verwendet und verursacht jährlich mehr als 350 Millionen Tonnen Abfall, was weltweit zu schweren Umweltschäden führt.
PET-Recycling ist zwar möglich, aber die bestehenden Verfahren erzeugen Produkte, die weiterhin zur weltweiten Verschmutzung durch Plastik beitragen, so die Forscher.
Null Emissionen
Ein Team von Wissenschaftlern des Wallace Labs der Universität Edinburgh nutzte gentechnisch umprogrammierte E. coli, ein harmloses Bakterium, um ein aus PET gewonnenes Molekül, die Terephthalsäure, in den Wirkstoff von Paracetamol umzuwandeln.
Die Forscher nutzten ein Fermentationsverfahren, das dem beim Bierbrauen ähnelt, um die Umwandlung von industriellen PET-Abfällen in Paracetamol in weniger als 24 Stunden zu beschleunigen.
Das neue Verfahren wurde bei Raumtemperatur durchgeführt und verursachte praktisch keine Kohlenstoffemissionen, was beweist, dass Paracetamol nachhaltig hergestellt werden kann.
Bis zur kommerziellen Herstellung sind jedoch noch weitere Entwicklungen erforderlich, so das Team.
Etwa 90 Prozent des Produkts, das durch Reaktion von Terephthalsäure mit genetisch umprogrammierten E. coli hergestellt wurde, war Paracetamol.
"Diese Arbeit zeigt, dass PET-Plastik nicht einfach nur Abfall ist oder ein Material, das dazu bestimmt ist, zu mehr Plastik zu werden - es kann von Mikroorganismen in wertvolle neue Produkte umgewandelt werden, einschließlich solcher, die das Potenzial haben, Krankheiten zu behandeln", so Professor Stephen Wallace, UKRI Future Leaders Fellow und Lehrstuhlinhaber für Chemische Biotechnologie.
Weltweit führend
Die Universität Edinburgh ist weltweit führend auf dem Gebiet der Ingenieurbiologie, bei der die Prinzipien der Ingenieurwissenschaften genutzt werden, um biologische Prozesse für die Entwicklung neuer Produkte und Dienstleistungen nutzbar zu machen. Die Universität beherbergt die größte und umfassendste Gruppe von Forschern des Landes.
Experten zufolge zeigt dieser neue Ansatz, wie die traditionelle Chemie mit der Ingenieurbiologie zusammenarbeiten kann, um lebende mikrobielle Fabriken zu schaffen, die in der Lage sind, nachhaltige Chemikalien herzustellen und gleichzeitig Abfall, Treibhausgasemissionen und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern.
Die in Nature Chemistry veröffentlichte Forschungsarbeit wurde durch einen EPSRC CASE Award und das biopharmazeutische Unternehmen AstraZeneca finanziert, das von Edinburgh Innovations (EI), dem Kommerzialisierungsdienst der Universität, unterstützt wird.
"Wir bringen außergewöhnliche Unternehmen wie AstraZeneca dazu, mit Stephen und anderen an der Universität zusammenzuarbeiten, um diese bahnbrechenden Entdeckungen in weltverändernde Innovationen umzusetzen. Die Ingenieurbiologie bietet ein immenses Potenzial, unsere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu durchbrechen, eine Kreislaufwirtschaft aufzubauen und nachhaltige Chemikalien und Materialien zu entwickeln, und wir laden potenzielle Kooperationspartner ein, sich mit uns in Verbindung zu setzen", so Ian Hatch, Leiter der Beratungsabteilung bei EI.
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