Новый метод получения ключевого компонента пластиков

Ученые обнаружили ранее неизвестный способ, по которому некоторые бактерии производят этилен – открытие, которое может привести к новым методам производства пластиков без использования ископаемого топлива.

Исследование, опубликованное в журнале Science 27 августа 2020 г., демонстрирует, что бактерия вырабатывает газообразный этилен как побочный продукт метаболизма серы, которая необходима им для выживания.

Но процесс, который бактерии используют для этого, может сделать его очень ценным в производстве, говорит Джастин Норт, ведущий автор исследования и ученый-исследователь, микробиолог из Государственного университета в Огайо.

«Мы, возможно, только что проломили большой технологический барьер к производству большого объема этилена, который может заменить природные источники топлива в производстве пластика», — добавляет Норт.

«Предстоит еще много работы по выработки этих бактериальных культур для производства этилена в промышленных масштабах. Однако это открытие в прямом смысле открывает к этому путь».

Исследователи из Государственного университета Огайо работали в сотрудничестве с коллегами из Государственного университета Колорадо, Оук-Риджской национальной лаборатории и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории.

Этилен широко применяется в химической промышленности в производстве почти всех пластиков, сообщил Норт. Он используется в производстве чаще, чем любое другое органическое соединение.

В настоящее время для производства этилена используются нефть или природный газ. Другие исследователи открывали бактерии, которые тоже могли вырабатывать этилен, но существовали технологические барьеры по использованию таких бактерий – необходимость использовать кислород как часть процесса, говорит Роберт Табита, главный автор исследования и профессор микробиологии в Государственном университете Огайо.

«Кислород в смеси с этиленом взрывоопасен, и это главное препятствие в применении такого метода производства», — добавил Табита, признанный выдающимся ученым в Огайо.

«Но бактериальная система, которую мы открыли, способна производить этилен без кислорода, и это дает нам значительное технологическое преимущество».

Открытие произошло в лаборатории Табиты в Государственном университете Огайо, когда ученые изучали бактерии Rhodospirillum rubrum. Они заметили, что бактерии получали серу, которая была нужна им, из метилтиоэтатола.

«Мы пытались понять, каким образом бактерии делали это, так как нет известных химических реакций, описывающих то, как это происходило», — поясняет Норт.

Тогда он решил изучить, какие газы производили бактерии – и обнаружил среди них этилен.

Работая с коллегами из Государственного университета Колорадо и двух национальных лабораторий, Норт, Табита и другие работники из Государственного университета Огайо смогли идентифицировать ранее неизвестный процесс, который высвобождал серу, необходимую бактериям, совместно с тем, что Норт назвал «удачным побочным продуктом» — этиленом.

Этим дело не ограничилось – исследователи также обнаружили, что бактерии использовали диметилсульфид для производства метана, активного парникового газа.

Все исследования были проведены в лаборатории, поэтому нужно еще проверить, насколько часто этот процесс встречается в природе, говорит Норт.

Но исследователи уже идентифицировали один сценарий, в котором свежеоткрытый процесс производства этилена может привести к некоторым последствиям в реальной жизни.

Этилен – важный гормон природных растений, который в нужных количествах может быть ключевым для роста и здоровья растений. Но он также вреден для роста растений в больших количествах, добавляет соавтор исследования Келли Райтон, доцент кафедры наук о почве и растениеводстве в Государственном университете Колорадо.

«Этот недавно открытый способ может пролить свет на многие ранее не объяснимые природные явления, включая большой объем этилена, который накапливается до уровня превращения в ингибитор в подтопленной почве, приводя к большому повреждению растительности», — говорит Райтон.

Норт добавляет: «Теперь, когда мы знаем, что такой процесс имеет место, мы можем избежать или устранить эти проблемы, чтобы этилен не накапливался в почве во время затопления».

Табита говорит, что это исследование – результат счастливой случайности.

«Это исследование, включающее совместную работу и экспертизу двух университетов и двух национальных лабораторий, — это отличный пример, иллюстрирующий то, как случайные открытия часто приводят к важным прорывам», — добавляет Табита.

«Изначально наши исследования затрагивали абсолютно не связанную с этим научную проблему, которая, казалось бы, не имеет никакого отношения к результатам, приведенным здесь».

Изучая роль конкретного белка в бактериальном метаболизме серы, исследователи заметили абсолютно отличающуюся группу белков, которые также были неожиданно задействованы. Это привело к открытию новых метаболических реакций и неожиданного производства большого количества этилена.

«Мы не смогли бы предсказать такой результат даже за миллион лет», подытоживает Табита.

«Признавая промышленную и природную значимость этилена, мы начали эти совместные исследования, и впоследствии открыли абсолютно новую комплексную систему энзимов. Кто бы мог в такое поверить?»

Исследование было поддержано Офисом науки Департамента энергии, Национальным институтом рака и Фондом естественных наук.

Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2020/08/200827141303.htm

ООО "Авентин"

ИНН 7801396710, КПП 770501001,
ОКПО 79703710, ОГРН 1057813267258
Адрес: 115093, Москва, ул. Люсиновская, д. 36, стр. 1
Телефон: +7 (499) 705-14-84, E-Mail: info@aventine.ru