Wissenschaftler entwickeln „lebenden Kunststoff“, der sich selbst auflösen kann

Da Kunststoffe Polymere sind, könnten diese Enzyme oder die Mikroben, die sie herstellen, in lebende Kunststoffe integriert werden.

„Indem man diese Mikroben einbettet, könnten Kunststoffe effektiv ‚zum Leben erweckt‘ und auf Kommando selbstzerstören, wodurch die Haltbarkeit Merkmal wird“, sagte ZhuojunDai, ein korrespondierender Autor des Papiers.

„Die Erkenntnis, dass herkömmliche Kunststoffe Jahrhunderte überdauern, während viele Anwendungen, wie Verpackungen, kurzlebig sind, veranlasste uns zu fragen: Könnten wir den Abbau direkt in den Lebenszyklus des Materials einbauen?“ Das Team wies auch darauf hin, dass Kunststoffe zwar weit verbreitet sind, ihre Beständigkeit gegenüber dem Abbau jedoch zu schwerwiegenden Umwelt- und ökologischen Bedenken geführt hat.

Jüngste Fortschritte in der synthetischen Biologie

Jüngste Fortschritte in der synthetischen Biologie haben die Entwicklung öglicht. Die Forscher betonten, dass lebende Kunststoffe funktionieren können, wenn die Sporen ruhen, und zerfallen, wenn die Sporen aktiviert werden.

Allerdings bleibt die Abbaueffizienz einzelner Bacillus-Stämme und des Einzelenzym-Systems begrenzt. „Um dieser Herausforderung zu begegnen, entwickelten wir einen in einem Konsortium eingebetteten lebenden Kunststoff“, sagten die Forscher in der Studie.

„Bacillus subtilis wurden separat mit einem induzierbaren Genkreis programmiert, der in der Lage ist, zwei komplementäre, plastikabbauende Enzyme zu sezernieren: Candida antarctica Lipase, verantwortlich für die zufällige Kettenspaltung, und Burkholderia cepacia Lipase, verantwortlich für die prozessive Depolymerisation und wird zur Sporulation gestresst.“ Das Team fügte hinzu, dass sie ferner flexible, abbaubare elektronische Geräte herstellten, die in der Lage sind, menschliche Elektromyographie-Signale mithilfe der Konsortium-basierten lebenden Kunststoffe zu detektieren.

Unsere Methode bietet eine potenzielle Strategie

Unsere Methode bietet eine potenzielle Strategie zur Bekämpfung der Plastikverschmutzung durch programmierte koordinierte biologische Systeme.

Das Team mischte die ruhende Sporenform (ein Polymer, das häufig im 3D-Druck und bei einigen chirurgischen Nähten verwendet wird), um die Mikroben zu schützen, bevor sie benötigt wurden.

Tragbarer KunststoffelektrodeDer resultierende lebende Kunststoff hatte mechanische Eigenschaften, die denen ähnelten.

Nachdem jedoch ein Nährbrühe bei 122

Nachdem jedoch ein Nährbrühe bei 122 Grad Fahrenheit (50 Grad Celsius) hinzugefügt wurde, wurden die Sporen aktiviert und zerlegten den Kunststoff innerhalb ändig in seine Grundbausteine.

Laut einer Pressemitteilung war die Zusammenarbeit der Enzyme so effizient, dass sie sogar verhinderte, dass während des Abbauprozesses Mikroplastikpartikel entstanden.

Die Forscher enthüllten, dass sie als Proof-of-Concept einen tragbaren Kunststoffelektrode aus ihrem lebenden Kunststoff herstellten und feststellten, dass dieser wie erwartet funktionierte und innerhalb ändig abgebaut wurde. Die Forscher konstruierten Bacillus subtilis, um zwei polymerabbauende Enzyme zu produzieren.

Zukünftig hoffen die Forscher, einen Auslöser

Zukünftig hoffen die Forscher, einen Auslöser für die Sporen in Wasser zu entwickeln, wo ein großer Teil der Plastikverschmutzung landet. Und obwohl diese Arbeit sich nur auf ein Polymer konzentrierte, könnte eine ähnliche Strategie auf andere Kunststoffarten angewendet werden, einschließlich jener, die häufig in Einwegkunststoffen vorkommen.

Während frühere Versuche sich hauptsächlich auf ein einzelnes Enzym verließen, konstruierten Forscher Bacillus subtilis, um zwei kooperative, polymerabbauende Enzyme zu produzieren.

Ein Enzym wirkt als zufälliger Schneider und spaltet die langen Polymerketten in kleinere Stücke, während das andere diese Stücke langsam verdaut.