Пластмассы являются неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. По оценкам, к 2040 году мировое производство вырастет до 1,1 миллиарда тонн в год. Соответственно, количество отходов растет и в конечном итоге попадает на свалки или в океаны. Эти отходы все больше угрожают нашему снабжению продуктами питания и экосистемам. Полиэтилены (ПЭ) представляют особую проблему. Хотя они являются наиболее распространенными пластмассами, существуют ограниченные способы переработки. Те же свойства, которые делают ПЭУ жесткими и полезными, препятствуют их разложению и переработке. Одной из проблем является их углеводородная основа, которая не имеет хорошей “точки разрыва”, при которой полимер можно разделить на куски определенной длины. Это приводит к широкому ассортименту малоценных продуктов.
Команда под руководством Трэвиса Дж. Уильямса и Клэя К. К. Вана из Университета Южной Калифорнии (Лос–Анджелес, Калифорния) и Берла Оукли из Университета Канзаса (Лоуренс, KS) в настоящее время представила комбинированный химико-биологический метод переработки отходов полиэтилена в ценные и сложные соединения, представляющие фармакологический интерес.
Этапы переработки
На первом этапе команда каталитически преобразует полиэтилен в O2 для получения широкого спектра различных карбоксильных двухкислот (углеводородных цепей с двумя кислотными группами). На втором этапе они “скармливаются” грибам, которые производят из них полезные натуральные продукты. Команда смогла продемонстрировать это, используя реальные отходы полиэтилена из северной части Тихого океана.
После расщепления полиэтилена любые короткоцепочечные карбоксильные кислоты должны быть отделены от смеси, поскольку они токсичны для грибков. Их можно использовать в качестве сырья для синтеза биоразлагаемых пластмасс, например, для сельского хозяйства.
Двухкислоты с более чем десятью атомами углерода с длинной цепью можно использовать для питания грибковых культур Aspergillus nidulans. Грибы растут быстро, их выращивание обходится недорого, и они уже широко используются для производства лекарств, включая антибиотики, такие как пенициллин.
Команда разработала надежную стратегию генетической модификации метаболических путей A. nidulans таким образом, чтобы гриб синтезировал желаемые продукты с высоким выходом.
Результаты
В качестве примера веществ они произвели аспербензальдегид, цитреовиридин и мутилин натуральные продукты, которые являются исходным материалом для поиска лекарств для лечения таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера и рак, или агентов против устойчивых к антибиотикам бактерий. С помощью этой стратегии из отходов полиэтилена может быть получен широкий спектр дополнительных биологически активных веществ.