Объединив синтетическую и биологическую химию, исследователи из Эдинбургского университета превратили ПЭТ-отходы в фармацевтические препараты.

Почти каждый аспект повседневной жизни человека сегодня связан с ископаемым топливом. Пластиковая зубная щётка, синтетическая одежда или даже простое обезболивающее — каждый из этих предметов начинался с сырой нефти. Производство этих продуктов выбрасывает в атмосферу Земли тонны углекислого газа, из-за чего планета с каждым годом становится всё жарче и менее устойчивой. Но, возможно, есть способ снизить зависимость от ископаемого топлива без необходимости закрывать целые отрасли.

В течение последнего десятилетия Стивен Уоллес, синтетический биолог из Эдинбургского университета, работал над созданием микробов, способных производить различные химические вещества из экологически чистых источников. Он создал бактериальные фабрики, которые вырабатывают предшественники нейлона из бумажных отходов и соединения с ванильным вкусом из переработанного пластика. Теперь Уоллес и его команда разработали бактерии, которые превращают пластиковые отходы в широко используемый анальгетик парацетамол. Метод, описанный в Nature Chemistry, имеет незначительный углеродный след и открывает новые возможности для использования переработанного пластика.

Ежегодно производится 56 миллионов тонн пластиковых бутылок, из которых примерно 45 процентов попадают на свалки, загрязняя окружающую среду. Чтобы найти лучшее применение этим отходам, Уоллес и его команда использовали синтетическую химическую реакцию под названием «перегруппировка Лоссена». Этот процесс позволяет преобразовывать молекулы, полученные в результате переработки полиэтилентерефталата (ПЭТ), широко используемого вида пластика, в новые пригодные для использования соединения.

Для перегруппировки Лоссена обычно требуются жёсткие условия, такие как высокая температура и щелочность. Однако Уоллес и его команда обнаружили, что этот процесс может происходить и в бактериях Escherichia coli при биологически значимых параметрах. Чтобы проверить его эффективность в бактериях, исследователи провели химическую реакцию для получения парааминобензойной кислоты (ПАБК), молекулы, необходимой для роста клеток. После того как исследователи убедили кишечную палочку E. coli, испытывающую дефицит ПАБК, провести перегруппировку Лоссена для переработанного пластика, они заметили, что добавление фосфатов в питательную среду ускоряет реакцию в пределах биосовместимых значений.

Затем Уоллес и его команда исследовали, можно ли использовать эти дизайнерские бактерии для производства соединений, которые традиционно получают из ископаемого топлива, — лекарств. Промышленность использует нефтепродукты для производства таких лекарств, как аспирин, парацетамол, антибиотики и нейролептики. Но парацетамол также может быть синтезирован в клетках из ПАБК с помощью двух микробных ферментов. Поэтому Уоллес и его команда внедрили гены этих ферментов в кишечную палочку E. coli, испытывающую дефицит ПАБК, накормили их переработанными пластиковыми отходами и наблюдали за происходящим волшебством. Клетки преобразовали 92 процента переработанных пластиковых молекул в парацетамол.

Хотя команде необходимо дополнительно стандартизировать процесс, прежде чем можно будет увеличить объёмы производства, превращение пластиковых отходов в незаменимое обезболивающее средство демонстрирует неиспользованный потенциал сочетания синтетической и биологической химии.