Przyspieszenie projektowania nowych biologicznych tworzyw sztucznych
Wiele osób postrzega nowe biologiczne tworzywa sztuczne, zwane bioplastikiem, jako jeden ze skutecznych sposobów na zmniejszenie wpływu zanieczyszczenia plastikiem. Jednak musimy mieć najpierw pewność, że te nowe materiały nie spowodują z kolei innych problemów środowiskowych. W ramach projektu RenEcoPol(odnośnik otworzy się w nowym oknie) wykorzystano narzędzia bioinformatyczne i strategie ekoprojektu do demonstracji nowej metody mającej na celu przyspieszenie procesu opracowywania nowych poliestrów, które będą w sposób bezpieczny ulegały biodegradacji lub będą mogły być odzyskiwane i ponownie wykorzystywane. W tym celu naukowcy z Uniwersytetu w Trieście(odnośnik otworzy się w nowym oknie) opracowali narzędzie do symulacji zachowania monomerów i enzymów, które umożliwia wybór najbardziej obiecujących kandydatów do dalszych prac. „Praktycznie cały czas tworzone są nowe monomery, ale dzięki narzędziom bioinformatycznym i automatycznym przepływom pracy możemy przewidzieć ich właściwości, co znacznie przyspieszy prace rozwojowe”, mówi Anamaria Todea, główna badaczka w projekcie RenEcoPol, która otrzymała wsparcie w ramach działań „Maria Skłodowska-Curie”(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Kolejnym krokiem była walidacja tych modeli w skali laboratoryjnej. W tym celu zespół projektu RenEcoPol przygotował i w pełni scharakteryzował 18 poliestrów, wśród nich zarówno nowe, jak i wcześniej znane – wszystkie ze źródeł odnawialnych w skalach wynoszących 10 g, 15 g i 50 g. „Przeprowadziliśmy syntezę enzymatyczną poliestru, a następnie zwiększyliśmy skalę. Pracowaliśmy w rzeczywistych warunkach, próbując przeprowadzić reakcje w układach bezrozpuszczalnikowych lub przy użyciu nowych, przyjaznych dla środowiska rozpuszczalników, a także wykorzystując enzymy, dzięki czemu nasz system miał całkowicie ekologiczny charakter”, zauważa Todea.
Biodegradowalność w wodzie morskiej
Następnie naukowcy poddali badaniu łącznie 25 próbek, aby sprawdzić, jak dużą zdolność ulegania biodegradacji w środowisku morskim mają wybrane biopoliestry. Ponadto przeprowadzili reakcję hydrolizy, rozkładu poliestrów w wodzie, za pomocą enzymów, wykorzystując w tym celu dwa dostępne na rynku enzymy, które pozwoliły im uzyskać wydajność biodegradacji wynoszącą nawet 90 %. „W naturze istnieją enzymy, które są w stanie hydrolizować naturalne polimery. My użyliśmy różnych enzymów do hydrolizy innych polimerów, nie tylko tych naturalnych”, wyjaśnia Todea. Ważnym elementem projektu była ocena ekotoksyczności nowych poliestrów, która polegała na analizie ich wpływu na mikroalgi i bakterie. Według Todei, prace dotyczące ekotoksyczności w dużym stopniu wypełniają dotychczasową lukę w badaniach, ponieważ obecnie nie ma zbyt wielu dostępnych danych na temat biodegradacji biopolimerów i biomonomerów, zwłaszcza w środowisku morskim, a nie w glebie.
Ocena ekotoksyczności
„Istnieje wiele badań, które pokazują, że w ciągu kilku dni tworzywo sztuczne może zniknąć, ale powstaje pytanie: jak to się dzieje i czy jest to toksyczne, czy nie?”, zastanawia się uczona. „Nowe dane wspierają koncepcję ekoprojektu, ponieważ dla naukowców ważne jest, aby od samego początku wiedzieć, jak zachowuje się dany biomonomer w różnych mediach i czy powinien zostać wybrany do syntezy. Jeśli jest biologiczny, ale toksyczny, jego zastosowanie nie ma sensu”, dodaje Todea.
Gospodarka o obiegu zamkniętym
Nie mniej ważnym etapem prac była próba stworzenia obiegu zamkniętego poprzez odzyskanie monomerów będących produktem enzymatycznej degradacji nowych rodzajów poliestru. W tym celu naukowcy opracowali procedury zarówno dla rozpuszczalnych, jak i nierozpuszczalnych monomerów i ponownie wykorzystali je w nowej reakcji, uzyskując wydajność w zakresie od 76 % do 90 %. „Dzięki wykonaniu tych wszystkich kroków naprawdę przyczyniliśmy się do wdrożenia kryteriów biogospodarki i wykazaliśmy zgodność z zasadami gospodarki o obiegu zamkniętym. Wyniki projektu zostały poddane walidacji, w związku z czym mogą stanowić punkt wyjścia do prac nad nowymi biopoliestrami o pożądanych właściwościach, jakimi są niska ekotoksyczność, biodegradowalność w wodzie morskiej i biodegradowalność za pomocą enzymów”, dodaje Todea.
