В России нашли способ вдвое удешевить изготовление экологичного биоразлагаемого пластика с помощью специально выведенных бактерий. Вещество способно разлагаться в природной среде на углекислый газ и воду в течение года. При запуске масштабного производства можно будет в короткие сроки разгрузить переполненные полимерными отходами свалки, частично отказаться от строительства дорогостоящих мусоросжигательных заводов и запуска перерабатывающих предприятий. Синтезированные микроорганизмами материалы также можно использовать в медицине и других областях.

Бактерия-производитель

Ученые получают полимер с помощью бактерий, которые, питаясь различными субстратами (например, раствором сахара или глицерином), растут и синтезируют ценные соединения, включая биопластики. Микроорганизмы используют эти вещества в качестве строительного материала для синтеза необходимых им клеточных компонентов. В их числе можно выделить внутриклеточные запасы полимеров монокарбоновых кислот, представляющих собой разрушаемые полимеры. Одно из достоинств таких веществ — возможность изменения их свойств, которое осуществляют добавлением новых компонентов в исходный субстрат. По словам ученых, в результате данного процесса у бактерий изменяется обмен веществ, что приводит к получению материала с новыми характеристиками.

— Процесс биосинтеза выглядит следующим образом. Сначала ученые помещают несколько колоний культуры Cupriavidus eutrophus B-10646 в среду нового состава с небольшой концентрацией добавки (в её качестве может выступать одна из органических кислот), и отбирают те, которые оказались наиболее устойчивы к вновь созданным условиям, — рассказала старший научный сотрудник Института Биофизики СО РАН, доцент Сибирского федерального университета Наталья Жила. — В дальнейшем насыщенность субстрата увеличивают и повторяют отбор микроорганизмов до тех пор, пока через несколько десятков поколений не удается получить штаммы, способные расти в новых условиях.

По словам эксперта, использованные микроорганизмы отличаются повышенной производительностью.

— От 100 г бактерий, распределенных в литре жидкости (например, в субстрате на основе глицерина), мы можем получать до 80 г полимера каждые 60 часов, что значительно, практически вдвое, превышает результаты зарубежных коллег, — подчеркнула Наталья Жила.

Упаковка исчезает

Имеющаяся у ученых коллекция микроорганизмов позволяет синтезировать несколько пластиков, отличающихся по свойствам и пригодных для различных сфер применения. В частности, бактерии можно использовать для создания полимерной упаковки, которая в отличие от ее нефтехимических аналогов будет быстро разлагаться в естественной среде.

— При контакте с природными бактериями-разрушителями наш полимер разлагается на воду и углекислый газ. Причем его долговечность и свойства (например, пластичность) можно регулировать путем внедрения специальных добавок-пластификаторов в исходный субстрат, — пояснила Наталья Жила.

По словам ученых, при внедрении новой упаковки можно будет решить такие проблемы как переполненность свалок пластиковым мусором. Также отпадет необходимость в строительстве дорогостоящих мусоросжигательных производств и запуска перерабатывающих предприятий.

— На сегодняшнем этапе биоразлагаемый пакет из нашего полимера будет стоить порядка 140 рублей, что дороже аналогов из бумаги и стандартного полиэтилена, — отметила доцент базовой кафедры «Биотехнологии» Сибирского федерального университета (вуз-участник проекта «5-100») Анна Шумилова. — Однако цену можно снизить при создании масштабных производств и их размещении вблизи предприятий пищевой промышленности, отходы которых должны стать наиболее доступными субстратами для культивирования бактерий.

В порядке совместимости

Также новый пластик планируют использовать в медицине — в частности, из него можно делать перевязочные материалы, шовные нити и костные протезы, обладающие высокой биосовместимостью.

— Использование изделий из биоразлагаемого полимера снизит риск отторжения и повысит качество лечения, — сообщила Анна Шумилова. — Кроме того, материал позволит устранить необходимость в повторных вмешательствах, поскольку он способен рассасываться в организме.

По словам эксперта, в настоящее время стоимость 1 г медицинской разновидности пластика составляет около 2 тыс. рублей. Но после запуска производства цену планируется снизить до 300 рублей, что позволит новым изделиям конкурировать с аналогами на рынке.

Однако некоторые эксперты всё же сомневаются в возможности быстрого перехода к использованию таких полимеров.

— Биоразлагаемые пластики действительно целесообразно использовать в медицине, поскольку они не вызывают аллергии и полностью совместимы с организмом человека, — отметила старший научный сотрудник лаборатории «Перспективные композиционные материалы и технологии» РЭУ им. Г.В. Плеханова Елена Масталыгина. — Однако для широкомасштабного производства упаковки (а ее необходимо выпускать тоннами), на мой взгляд, не будет хватать даже улучшенной производительности бактерий.

Согласно мнению ученых, в результате проведенной работы себестоимость биоразлагаемых пластиков может снизиться в несколько раз, что должно расширить их использование в различных областях.