Әлемде жыл сайын жүздеген миллион тонна пластик өндіріледі, оның едәуір бөлігі тез арада қалдыққа айналады. БҰҰ деректеріне сәйкес, жыл сайынғы пластик өндірісі 400 миллион тоннадан асады, оның шамамен үштен екісі қысқа мерзімді қолданылатын бұйымдарға тиесілі. Бұл пластиктің 46%-ы полигондарға түседі, ал тағы 22%-ы дұрыс өңделмей, қоршаған ортаға таралып, мұхиттарда, топырақта және ауада жиналады. Микропластик бөлшектері адамның әртүрлі ағзаларынан, соның ішінде аналық бездер мен ми иіс сезу луковицаларынан табылған.

Сонымен қатар, азық-түлік қауіпсіздігі мәселесі де өзекті: әлем бойынша жүздеген миллион адам әлі де аштыққа ұшырап отыр. 2025 жылы жер шары халқының 7,8%-ы, яғни 645 миллион адам аштыққа тап болды.

Пластикті қайта өңдеу саласындағы зерттеулер қалдықтарды азайтуға және олардан тағам өндірісіне қажетті пайдалы шикізат алуға бағытталған. Пластик – көміртекке бай күрделі органикалық қосылыс, кейбір микроағзалар оның белгілі бір түрлерін ыдыратып, құрамындағы көміртекті өз биомассасын, соның ішінде ақуыздарды синтездеу үшін пайдалана алады.

2016 жылы ғалымдар пластикалық бөтелкелер өндірісінде қолданылатын полиэтилентерефталатты (ПЭТ) ыдырата алатын Ideonella sakaiensis бактериясын анықтады. Бұл бактерияның ферменттері ПЭТ-ті біртіндеп қарапайым қосылыстарға дейін ыдыратады, ал олар көміртек пен энергия көзі ретінде пайдаланылады.

Осы жаңалықтардың негізінде ПЭТ алдымен ыдыратылып, кейін оның ыдырау өнімдері микроағзалар арқылы биомасса мен басқа да пайдалы заттарды, соның ішінде ақуыздарды синтездеу үшін қолданылатын технология ұсынылды. Алайда қазіргі әдістер қымбат әрі көбіне тиімділігі төмен.

Америкалық мамандар гендік инженерия мен тотығу-гидротермиялық ерітуді біріктірді. Экспериментте пластикалық бөтелкелер мен өсімдік қалдықтары (жүгері сабағы мен жапырағы) су, оттегі, жоғары температура мен қысым арқылы химиялық өңдеуден өтті. Нәтижесінде микроағзаларға сіңімді қосылыстар алынды.

Кейін бұл қосылыстар әртүрлі ашытқы түрлерін өсіру үшін пайдаланылды: Saccharomyces boulardii, Saccharomyces cerevisiae және Rhodosporidium toruloides. Ашытқылардың бірі CRISPR технологиясы арқылы қажетті ферменттерді өндіру үшін генетикалық түрлендірілді. Әр түрлі микроағзалар өндірістік биологиялық желіде өз функцияларын атқарды.

Saccharomyces cerevisiae өсімдік биомассасынан алынған ферул қышқылын тағам және парфюмерия өнеркәсібінде қолданылатын ванилинге айналдыру үшін түрлендірілді. Rhodosporidium toruloides үшін бейімделген зертханалық эволюция әдісі қолданылып, бұл ашытқыларға ПЭТ ыдырау өнімі – этиленгликольді көміртек көзі ретінде тиімді пайдалануға және адам ағзасында А дәруменіне айналатын β-каротин өндіруге мүмкіндік берді.

Алынған материал ашытқы ақуыз биомассасымен, крахмалмен, талшықпен және тәттілендіргішпен біріктіріліп, 3D-баспа арқылы ваниль дәмі бар μBites ақуыз печеньесі жасалды. Талдаулар бұл өнімді тағамға қолдануға кедергі жоқ екенін көрсетті, бірақ адамдардың қатысуымен толыққанды сынақтар әлі жүргізілген жоқ – ол үшін қосымша рұқсат қажет.

Зерттеушілердің айтуынша, мақсат тек пластиктен ақуызды тағам алу ғана емес, сонымен қатар толыққанды әрі тартымды өнім жасау болған. Мұндай өнімдердің жаппай өндірісі әлі алыс: сарапшылардың бағалауынша, олар нарықта кемінде 20 жылдан кейін пайда болуы мүмкін. Осы уақыт ішінде технологияның қауіпсіздігін тексеру, ластанған пластик қалдықтарын өңдеу әдістерін әзірлеу және тағамдық ингредиенттердің салалық стандарттарға сәйкестігін растау қажет.

Басты кедергілердің қатарында тек қауіпсіздік мәселелері ғана емес, сонымен бірге технологиялық және экономикалық шектеулер де бар. Пластик өндірісі мен жинақталуының жаһандық көлемі ауқымды шешімдерді талап етеді, ал қалдықтарды жинау мен қайта өңдеу шығындары жоғары. Жаңа пластик өндіру салыстырмалы түрде арзан болғандықтан, қайта өңдеудің экономикалық тартымдылығы төмен.

Сонымен қатар, психологиялық тосқауыл да бар: судағы, тағамдағы және қоршаған ортадағы микропластик туралы ақпарат тұтынушыларда алаңдаушылық тудырады, ал пластик қалдықтарынан жасалған өнімдерді тұтыну идеясы қабылданбауы мүмкін. Генетикалық түрлендірілген микроағзаларды қолдану да қосымша сұрақтар туғызады.

Қазіргі уақытта бұл технология жаһандық мәселенің дайын шешімі емес, әрі қарай зерттеулер жүргізуге арналған бағыт ретінде қарастырылады. Микроағзалар арқылы қалдықтарды пайдалы заттарға айналдыру қағидаты басқа салаларда да қолданылуы мүмкін.

Бұл жұмыстың нәтижелері Чикагода өткен Америкалық химиялық қоғам конференциясында таныстырылды.