Reklama.
Zespół trzech kobiet: prof. Zofii Stępniewskiej, dr Agnieszki Kuźniar i Anny Pytlak z KUL opracował nowy sposób wytwarzania bioplastiku, który może być stosowany w medycynie i do produkcji biodegradowalnych opakowań. Zespół opatentował nowy sposób wytwarzania polihydroksyalkanolanów (PHA) z metanu przez konsorcjum bakteryjne zasiedlające skały przywęglowe, które zazwyczaj traktuje się jako odpady przy wydobywaniu węgla w kopalniach.
Od ektoiny do plastiku
To już drugi patent opracowany przez pracowników Instytutu Biotechnologii KUL w wyniku badań prowadzonych w kopalni węgla w Bogdance. Ponad rok temu ten sam zespół naukowców opatentował sposób produkcji ektoiny.
To już drugi patent opracowany przez pracowników Instytutu Biotechnologii KUL w wyniku badań prowadzonych w kopalni węgla w Bogdance. Ponad rok temu ten sam zespół naukowców opatentował sposób produkcji ektoiny.
- To rozwiązuje kilka problemów zarówno środowiskowych jak i naszych lokalnych lubelskich. Obok złóż węgla w kopalni są jeszcze skały przywęglowe traktowane zwykle jako materiał odpadowy. Natomiast w naszych badaniach, od kilku lat, zauważyliśmy, że zasiedlone są one przez mikroorganizmy niezmiernie wydajne do produkcji bardzo ciekawych związków
prof. Zofia Stępniewska z Instytutu Biotechnologii KULPoprzednio była to ektoina, substancja, która jest osmoprotektantem i chroni te organizmy przed wysychaniem, utratą wody, ale także substancja, która może być przeniesiona i służyć może także człowiekowi, nie tylko bakteriom.
– Tym razem jednak zauważyliśmy, że te proste organizmy mogą służyć jako bioreaktor. Jeżeli pokieruje się drogami syntezy, można przy ich pomocy otrzymać na przykład doskonały polimer biodegradowalny, jakim jest PHB – objaśnia profesor Stępniewska.
Skąd pomysł?
Obecnie dużym problemem dla środowiska są plastikowe opakowania jednorazowe. Wytwarzane z klasycznych polimerów petrochemicznych, rozkładają się w czasie od kilkunastu do nawet kilkaset lat. Przeciętny Polak samych torebek jednorazowych zużywa rocznie ponad 400. Przepisy wprowadzone przez Unię Europejską zobowiązują kraje członkowskie do ograniczenia wytwarzania sztucznych opakowań, stąd zainteresowanie wielu firm, które poszukują alternatywy bezpieczniejszej dla środowiska, które przy tym byłyby tańsze w produkcji.
Otrzymany przez nas PHB doskonale się do tego celu nadaje, a zatem nasze bakterie można pokierować na syntezę tego polimeru. Jeżeli chodzi o inne sposoby otrzymywania, to są znane metody, natomiast nasza jest zupełnie unikalna gdyż wykorzystuje jako substrat metan, który może być gazem formowanym z odpadów. Z różnego ich typu, albo z biogazowni, ze składowisk odpadów, śmieci. Można go otrzymać bardzo tanią metodą
Prof. Stępniewska.Do tego bakterie wykorzystywane przez naukowców nie są patogenami człowieka, czyli są absolutnie nieszkodliwe. Nie ma obaw o powstanie jakichś dodatkowych infekcji, czy skażeń spowodowanych rozwojem tych kultur. Odkrycie lubelskich badaczek zostało już docenione w Europie.
– Zostaliśmy zaproszeni do projektu międzynarodowego, razem z Hiszpanią, Portugalią, Turcją i w tej chwili jesteśmy na ostatnim etapie już rozstrzygnięcia tego konkursu. Jeżeli pozostaniemy tam, to będziemy jako jedyni Polacy zaproszeni do tego typu działań – opowiada prof. Stępniewska.
Jak się produkuje PHB?
Jak tłumaczy dr Anna Pytlak, członkini zespołu, PHB jest substancją, która jest magazynowana przez komórki bakteryjne w warunkach stresu. – Naszym trochę przykrym zadaniem jest wprowadzenie bakterii w ten stan. Nie szkodząc im przy tym, ale jednak musimy je zmusić, by produkowały interesującą nas substancję – tłumaczy doktor Pytlak.
Jak tłumaczy dr Anna Pytlak, członkini zespołu, PHB jest substancją, która jest magazynowana przez komórki bakteryjne w warunkach stresu. – Naszym trochę przykrym zadaniem jest wprowadzenie bakterii w ten stan. Nie szkodząc im przy tym, ale jednak musimy je zmusić, by produkowały interesującą nas substancję – tłumaczy doktor Pytlak.
Warunki stresu środowiskowego uzyskuje się na przykład poprzez tworzenie niedoboru podstawowych substancji odżywczych. W komórkach organizmów, które są poddawane stresowi polimer PHB pełni rolę substancji zapasowej. Ważne jest to, że metanotrofy są organizmami, które mają bardzo wysoką plastyczność metabolizmu. Bardzo łatwo dostosowują się do warunków środowiska, w których żyją, więc nie trzeba dokładać wielkich starań, by syntetyzowały pewne substancje.
Lepszy plastik
PHB posiada wiele cech tradycyjnych polimerów: jest plastyczny, ciągliwy i wodoodporny. Doskonale nadaje się zatem do produkcji opakowań. Ogromną zaletą PHB jest to, iż w odróżnieniu od polimerów syntetycznych, łatwo ulega biodegradacji a produkty jego rozkładu (woda i dwutlenek węgla) nie są toksyczne dla organizmów żywych. Dzięki tym właściwościom PHB nie akumuluje się w środowisku, a jego utylizacja zachodzi z wykorzystaniem prostych i bezpiecznych metod takich jak np. kompostowanie. Proces ten trwa zaledwie kilka tygodni.
PHB posiada wiele cech tradycyjnych polimerów: jest plastyczny, ciągliwy i wodoodporny. Doskonale nadaje się zatem do produkcji opakowań. Ogromną zaletą PHB jest to, iż w odróżnieniu od polimerów syntetycznych, łatwo ulega biodegradacji a produkty jego rozkładu (woda i dwutlenek węgla) nie są toksyczne dla organizmów żywych. Dzięki tym właściwościom PHB nie akumuluje się w środowisku, a jego utylizacja zachodzi z wykorzystaniem prostych i bezpiecznych metod takich jak np. kompostowanie. Proces ten trwa zaledwie kilka tygodni.
Jak się okazuje, polimer ten znajduje bardzo szerokie zastosowanie. Po pierwsze jest on wykorzystywany jako dodatek do tradycyjnych polimerów i produkcji opakowań. Natomiast ze względu na to, że jest on nietoksyczny, w pełni biokompatybilny, planuje się też jego wykorzystanie medyczne. Można z niego wytwarzać na przykład nici chirurgiczne, implanty, czy też różnego rodzaju protezy wewnętrzne.
Jak to produkować masowo?
Wysoki potencjał aplikacyjny PHB sprawia, iż na całym świecie trwają intensywne badania nad opracowaniem metody, która umożliwiłaby powszechne zastosowanie tego związku. W minionym dziesięcioleciu podjęto wiele prób opracowania efektywnej i mniej kosztownej techniki produkcji tego biopolimeru. Opracowana przez naukowców z KUL metoda wpisuje się w ten trend, gdyż zakłada biosyntezę PHB z odpadowego metanu, który powstaje np. na składowiskach odpadów.
Wysoki potencjał aplikacyjny PHB sprawia, iż na całym świecie trwają intensywne badania nad opracowaniem metody, która umożliwiłaby powszechne zastosowanie tego związku. W minionym dziesięcioleciu podjęto wiele prób opracowania efektywnej i mniej kosztownej techniki produkcji tego biopolimeru. Opracowana przez naukowców z KUL metoda wpisuje się w ten trend, gdyż zakłada biosyntezę PHB z odpadowego metanu, który powstaje np. na składowiskach odpadów.
Możliwość zastosowania tego typu źródeł węgla, stanowi olbrzymi atut tej technologii i powoduje, iż odpowiada ona w pełni wyzwaniom wynikającym z założenia zrównoważonego rozwoju.
Opatentowany wynalazek odpowiada na bieżące potrzeby gospodarki, gdyż uzyskiwany dzięki bakteriom metanotroficznymi PHB może zostać wykorzystany m.in. jako substytut planowanych do wycofania z rynku Unii Europejskiej trudno biodegradowalnych opakowań jednorazowych.
Wszystkie wypowiedzi pochodzą z materiału filmowego zamieszczonego na oficjalnym kanale Katolickiego Uniwersytetu Lubelskiego na platformie YouTube.