Биохимики из Шотландии на основе кишечной палочки Escherichia coli преобразовали терефталевую кислоту, полученную из ПЭТ-бутылок, в ванилин. Тем самым предложили не отправлять пластик на переработку, а преобразовывать его в важные вещества для пищевой (и не только) промышленности.
Ванилин широко используется в пищевой и косметической промышленности, а также в синтезе лекарственных препаратов, гербицидов и чистящих средств. Мировой спрос на ванилин составил около 37000 тонн в 2018 году, а к концу 2025 года — превысит 59000 тонн.
Исследователи выбрали штамм E.coli MG1655 RARE, который ранее уже использовался для биосинтеза ванилина из глюкозы. Биохимики трансформировали бактерии гибридными плазмидами, которые содержали гены, кодирующие пять ферментов. Эти ферменты катализировали превращение терефталевой кислоты в ванилин через образование промежуточных продуктов: 3,4-дигидрокскибензойной кислоты, 3,4-дигидрокскибензальдегида и ванилиновой кислоты.
Чтобы повысить выход ванилина, ученые оптимизировали условия реакций за счет различных добавок и выбора подходящей кислотности среды. При значении pH от 6 до 8 снижалось количественное превращение терефталевой кислоты в промежуточный продукт — 3,4-дигидрокскибензойную кислоту. А при pH 5,5 наблюдалась максимальная диффузия терефталевой кислоты в бактериальную клетку при минимальном стрессе клетки, вызванным кислой средой.
Далее исследователи продемонстрировали работу метода на использованных пластиковых бутылках. Для начала биохимики с помощью фермента LCC превратили ПЭТ в терефталевую кислоту (при 72 градусах по Цельсию). Затем реакционную смесь охладили до комнатной температуры и добавили к ней модифицированные E. coli. Количество конечного продукта оценивали с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии. После 24 часов ферментативных реакций был получен ванилин с выходом 79 процентов.
Вопрос о переработке пластика сейчас очень актуален: этот продукт человеческой деятельности загрязняет все новые места. Микропластик обнаруживают не только в почве и водоемах, а даже в воздухе, соли, человеческих экскрементах, комарах. Частицы пластика нашли и в кишечнике антарктических беспозвоночных — то есть пластиковые отходы закрепились даже в пищевых цепях хрупких
