Các nhà nghiên cứu Hàn Quốc đã biến đổi gen E. coli để sản xuất ra một loại polyme phân hủy sinh học có tiềm năng ứng dụng trong y sinh, thúc đẩy các giải pháp thay thế nhựa bền vững và giải quyết những thách thức môi trường.

Các kỹ sư sinh học trên toàn thế giới đã nỗ lực phát triển các vi khuẩn có khả năng sản xuất nhựa thay thế cho nhựa có nguồn gốc từ dầu mỏ. Gần đây, nhóm nghiên cứu tại Hàn Quốc đã có bước đột phá đáng kể khi biến đổi gen vi khuẩn để sản xuất polyme có cấu trúc dạng vòng, giúp tăng cường độ cứng và độ ổn định nhiệt của nhựa.

Do các phân tử này thường gây hại cho vi sinh vật nên các nhà nghiên cứu đã xây dựng một con đường chuyển hóa mới cho phép vi khuẩn E. coli vừa có khả năng sản xuất, vừa chịu được sự tích tụ của polyme và các yếu tố cấu thành. Polyme thu được có thể phân hủy sinh học và có các đặc tính vật lý để ứng dụng trong y sinh như dẫn thuốc, mặc dù cần nhiều nghiên cứu hơn nữa.

Tiến bộ trong sản xuất nhựa vi sinh

Hầu hết các loại nhựa được sử dụng làm bao bì và cho các mục đích công nghiệp khác đều chứa các cấu trúc "thơm" dạng vòng như PET và polystyrene. Các nghiên cứu trước đây đã tạo ra những vi khuẩn có thể sản xuất polyme, bao gồm các monome thơm và aliphatic xen kẽ, nhưng đây là lần đầu tiên vi khuẩn sản xuất ra polyme hoàn toàn bao gồm các monome có chuỗi cấu trúc “thơm”.

Trong nghiên cứu, các tác giả đã xây dựng một con đường chuyển hóa mới bằng cách kết hợp lại  các enzyme từ những vi sinh vật khác nhau, cho phép vi khuẩn sản xuất ra một monome thơm gọi là phenyllactate. Sau đó, họ sử dụng mô phỏng máy tính để thiết kế enzyme polymerase có thể lắp ráp hiệu quả các khối phenyllactate này thành một loại polyme.

Sau khi tối ưu hóa con đường chuyển hóa của vi khuẩn và enzyme polymerase, các nhà nghiên cứu đã nuôi cấy vi khuẩn trong các thùng lên men kích thước 6,6 L. Dòng vi khuẩn cuối cùng có khả năng sản xuất 12,3 g/L polyme. Để thương mại hóa sản phẩm, các nhà nghiên cứu muốn tăng sản lượng lên ít nhất 100 g/L.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu dự kiến sẽ phát triển thêm các loại monome và polyme thơm với nhiều đặc tính hóa học và vật lý khác nhau, ví dụ, polyme có trọng lượng phân tử cao hơn cần cho các ứng dụng công nghiệp. Ngoài ra, họ cũng đang nỗ lực tối ưu hóa hơn nữa để có thể mở rộng quy mô, hướng tới thương mại hóa.

N.P.D (NASATI), theo Scitechdaily, 9/2024