한국과학기술원(KAIST)'deki araştırmacılar, genetik olarak tasarlanmış Escherichia coli bakterileri kullanarak doğada parçalanabilir plastikler üretmeyi başardı. Bu yöntem, geleneksel petrol bazlı plastiklere nazaran daha sürdürülebilir bir alternatif sunuyor.

Plastikler, hafiflik, dayanıklılık ve düşük maliyet gibi özellikleri nedeniyle günlük hayatımızın vazgeçilmez malzemelerinden biri haline gelmiştir. Günümüzde plastiklerin büyük bir kısmı petrol bazlı süreçler ile üretilmekte olup üretimlerinden dolayı çevreye olumsuz etkileri bulunmaktadır. Ayrıca petrol türevi plastiklerin doğada biyolojik olarak parçalanamıyor olmasından dolayı plastik atıklar birikmektedir. Fiziksel olarak parçalanmış ancak mikro düzeyde yapılarını koruyan mikroplastikler ise insan vücuduna kadar girmekte ve birçok sağlık problemi oluşturmaktadır. Bu sorunlara çözüm olarak, plastik alternatifi olan mikrobiyal polimerüretimi giderek daha fazla ilgi görmektedir.

Mikrobiyal Polimer Üretimi

Bakteriler besinleri depolamak için doğal olarak polimer üretir. Polihidroksialkanoatlar (PHA'lar) gibi polyesterleri üretmek için de bakteriler kullanılabilmektedir. Ancak giyim ve ayakkabı üretiminde kullanılan polimeri üretebilen doğal bir enzim olmadığından naylon benzeri bir polimer üretilememiştir.

Araştırmacılar bu sorunu çözmek için, bir bakteri türünden enzim kodlayan genleri değiştirip plazmit adı verilen DNA halkaları ile değiştirilen genleri Escherichia coli adı verilen bakterilere yerleştirdiler. Yeni genler sayesinde Poliester Amid (PEA)adı verilen bir biyoplastik üretildi.

Poliester amidler (PEA'lar) hem ester hem de amid bağları içeren bir polimer grubunu temsil eder. Bu nedenle, hem Poliamidlerin mükemmel termal ve mekanik özellikleri bulunmakta hem de polyesterlerin biyouyumluluğu ve biyolojik olarak parçalanabilirlik özelliklerini bir araya getirebilmektedir.

Mikrobiyal Polimer Üretimi

Üretilen PEA’ların Özellikleri

Yapılan çalışmada genetik olarak tasarlanmış E. coli kullanılarak üretilen Poliester amidlerin (PEA'ların) fiziksel ve mekanik özellikleri detaylı bir şekilde analiz edildi. Araştırma sonuçları, üretilen biyoplastiklerin endüstriyel kullanıma uygun olabileceğini göstermektedir.

Sonuç olarak;

• Mekanik dayanıklılık olarak PEA'ların kopma uzaması (%150-280) polyesterlere kıyasla artış göstermiştir. Bu, PEA'ların daha esnek bir yapıya sahip olduğunu ve mekanik dayanıklılığının iyileştirildiğini göstermektedir.
• Doğada parçalanma kapsamında yapılan testler, PEA’ların biyolojik olarak 60 gün içinde %75 oranında parçalanabildiğini göstermektedir. Doğada parçalanması neredeyse imkansız olan petrol bazlı plastiklere kıyasla PEA'lar çok daha çevre dostudur.

Geleceğe Bakış

Araştırmacılar, büyük bir biyoreaktör kullanarak litre başına yaklaşık 54 gram PEA üretebildi ve böylece PEA üretiminin ölçeklendirilebileceğini gösterdi. Ancak, bu laboratuvar deneyinin endüstriyel bir sürece dönüştürülebilmesi için aşılması gereken birkaç engel daha var.

Bu PEA polimerleri hücre duvarlarından geçemezler. Üretilen Polimerlerin bakteriden çıkarılabilmesi için bakterinin parçalanması gerekir. Daha sonra ürünün filmlere veya peletlere işlenmesinden önce bir arıtma sürecine ihtiyaç duyulur.

Araştırmacılar mikrobiyal yollar ile üretilen PEA'nın petrol türevi plastiklerden daha maliyetli olduğunu belirtiyor ancak daha fazla optimizasyonla üretim maliyetlerinde kademeli bir düşüş beklenmektedir.