土壌バクテリアが雑多なプラスチック廃棄物をアップサイクル

クレジット: Marc Newberry/Unsplash

リサイクルと埋め立ての作業は埋め立て地にあるプラスチック廃棄物の量に圧倒され、それが世界的な汚染危機を引き起こしています。 さまざまなプラスチック廃棄物は、有用な化学物質の供給源として有効に活用できる可能性があります。 研究者らは、混合プラスチック廃棄物を商業的に価値のある化学物質に変換するリサイクルシステムを開発するために、化学的および生物学的プロセスを調査してきました。 しかし、このようなアップサイクルの取り組みの障害となるのは、プラスチック廃棄物の化学的多様性と複雑さです。

10月13日にサイエンス誌に掲載された新しい研究では、混合プラスチック廃棄物を有益な化学物質に変換するための化学的メカニズムと生物学的メカニズムを組み合わせた2段階のプロセスが報告されている。 コロラド州ゴールデンの国立再生可能エネルギー研究所とボトル・コンソーシアム、テネシー州のオークリッジ国立研究所、マサチューセッツ工科大学、ウィスコンシン大学マディソン校の化学技術者は、ハイブリッドプロセスを開発し、使用可能な化学物質を生成するその能力を実証した。

「サリバンらは、ハイブリッド化学プロセスと生物学的プロセスによって、他の方法では達成不可能なプラスチックリサイクルがどのように可能になるかを強調している」とシンガポール国立大学化学・生体分子工学科准教授のニン・ヤン博士は関連する展望記事で述べている。同誌の同号の記事。 （イン氏は研究に関与していなかった）。

最初の自動酸化ステップを通じて生成されるこれらの小分子は、生物学的変換に適した基質を提供します。 次に研究者らは、タンデム生物変換ステップでこれらの酸素化化合物から有用な化学物質を生成するために、土壌細菌であるシュードモナス・プチダを遺伝子操作した。 この応用例を説明するために、科学者らは、プラスチック廃棄物の最も豊富な成分である高密度ポリエチレン (HDPE)、ポリスチレン (PS)、およびポリエチレン テレフタレート (PET) の混合物を b-ケトアジピン酸塩またはポリヒドロキシアルカン酸塩に変換しました。

「我々はシュードモナス・プチダの2株を操作した。1つ目は酢酸塩、C4からC17のジカルボン酸塩、安息香酸塩、テレフタレートを、産業用途が拡大している天然ポリエステルであるポリヒドロキシアルカノエートに変換すること、そして2つ目は、安息香酸塩とテレフタレートを生育に変換しながら酢酸塩とジカルボン酸塩を使用することである。 β-ケトアジピン酸、性能に優れたポリマーのモノマーである」と著者らは述べている。

現在のプラスチックのリサイクル手法では、プラスチックの種類を選別するのが困難で費用がかかり、最終製品の品質や価値が低くなります。 この新しい 2 段階のアプローチは、消費者使用後のプラスチック廃棄物の混合物を貴重な特殊化学製品に変換するのに効果的です。

ポリヒドロキシアルカノエートは、さまざまな医療材料やその他の用途に適したバイオプラスチックの一種です。 一方、土壌細菌や菌類に広く見られるβ-ケトアジピン酸経路は、安息香酸塩やリグニンなどのさまざまな化合物をβ-ケトアジピン酸に分解し、その後トリカルボン酸（TCA）の中間体に変換できます。サイクル、主要なエネルギー生成の生物学的メカニズム。

著者らは、β-ケトアジピン酸塩またはポリヒドロキシアルカン酸塩を生成することによるアプローチを実証したが、微生物の代謝経路成分の遺伝子工学により、混合プラスチックをさまざまなプラットフォームまたは特殊化学品にカスタマイズして変換できる可能性があると指摘した。

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