แบคทีเรีย

สายพันธุ์ Comamonasพบได้เกือบทุกที่ รวมทั้งในดินและกากตะกอนน้ำเสีย C. testosteroniได้รับความสนใจจากนักวิจัยเป็นครั้งแรกด้วยความสามารถตามธรรมชาติในการย่อยผงซักฟอกสำหรับซักผ้าสังเคราะห์ หลังจากการวิเคราะห์เพิ่มเติม นักวิทยาศาสตร์ค้นพบว่าแบคทีเรียตามธรรมชาตินี้ยังย่อยสลายสารประกอบจากพลาสติกและลิกนิน (เศษไม้ที่เป็นเส้นใยและเศษไม้จากพืช) แม้ว่านักวิจัยคนอื่นๆ ได้ทำงานเพื่อออกแบบแบคทีเรียที่สามารถย่อยสลายขยะพลาสติกได้ แต่อริสทิลเดเชื่อว่าแบคทีเรียที่มีความสามารถตามธรรมชาติในการย่อยพลาสติกนั้นมีประโยชน์มากกว่าสำหรับการรีไซเคิลในปริมาณมาก Ludmilla Aristilde จาก Northwestern กล่าวว่า "แบคทีเรียในดินเป็นทรัพยากรที่ยังไม่ได้ใช้ ยังไม่ได้สำรวจ และเกิดขึ้นตามธรรมชาติของปฏิกิริยาทางชีวเคมี ซึ่งสามารถใช้ประโยชน์เพื่อช่วยเราจัดการกับขยะที่สะสมอยู่บนโลกของเรา" "เราพบว่าเมแทบอลิซึมของC. testosteroniถูกควบคุมในระดับต่างๆ และระดับเหล่านั้นจะถูกรวมเข้าด้วยกัน พลังของจุลชีววิทยานั้นน่าทึ่งและสามารถมีบทบาทสำคัญในการสร้างเศรษฐกิจหมุนเวียน" การศึกษานี้นำโดย Aristilde รองศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมที่ McCormick School of Engineering แห่ง Northwestern และปริญญาเอก นักเรียนรีเบคก้าวิลค์สซึ่งเป็นผู้เขียนคนแรกของหนังสือพิมพ์ การศึกษารวมผู้ทำงานร่วมกันจาก University of Chicago, Oak Ridge National Laboratory และ Technical University of Denmark เตะน้ำตาล โครงการวิศวกรรมแบคทีเรียส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับEscherichia Coliเนื่องจากเป็นแบคทีเรียต้นแบบที่มีการศึกษาดีที่สุด แต่E. Coliในสภาพธรรมชาตินั้นพร้อมบริโภคน้ำตาลในรูปแบบต่างๆ ตราบเท่าที่มีน้ำตาลE. Coliจะบริโภคน้ำตาลนั้น และทิ้งสารเคมีพลาสติกไว้เบื้องหลัง "วิศวกรรม แบคทีเรีย สำหรับวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกันเป็นกระบวนการที่ลำบาก" อริสทิลเดกล่าว "สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าC. testosteroniไม่สามารถใช้น้ำตาลได้ มันมีข้อ จำกัด ทางพันธุกรรมตามธรรมชาติที่ป้องกันการแข่งขันกับน้ำตาล ทำให้แบคทีเรียนี้เป็นแพลตฟอร์มที่น่าสนใจ" สิ่งที่C. testosteroniต้องการจริงๆ คือแหล่งคาร์บอนที่แตกต่างกัน และวัสดุต่างๆ เช่น พลาสติกและลิกนินประกอบด้วยสารประกอบที่มีวงแหวนของอะตอมคาร์บอนที่มีรสอร่อย ในขณะที่นักวิจัยทราบว่าC. testosteroniสามารถย่อยสารประกอบเหล่านี้ได้ แต่ Aristilde และทีมงานของเธอต้องการทราบวิธีการ "สิ่งเหล่านี้เป็นสารประกอบคาร์บอนที่มีพันธะเคมีที่ซับซ้อน" อริสทิลเดกล่าว "แบคทีเรียจำนวนมากมีความยากลำบากในการแยกพวกมันออกจากกัน" รวม 'omics' ที่แตกต่างกัน เพื่อศึกษาว่าC. testosteroniย่อยสลายคาร์บอนในรูปแบบที่ซับซ้อนเหล่านี้ได้อย่างไร Aristilde และทีมงานของเธอได้รวมการวิเคราะห์แบบ "omics" หลายรูปแบบ: การถอดเสียง (การศึกษาโมเลกุล RNA); โปรตีโอมิกส์ (การศึกษาโปรตีน); เมแทบอโลมิกส์ (การศึกษาสารเมแทบอไลต์); และฟลักซ์โซมิกส์ (การศึกษาปฏิกิริยาเมแทบอลิซึม) การศึกษา "multi-omics" ที่ครอบคลุมเป็นงานใหญ่ที่ต้องใช้เทคนิคที่หลากหลาย Aristilde เป็นหนึ่งในไม่กี่ห้องทดลองที่ทำการศึกษาอย่างครอบคลุม จากการตรวจสอบความสัมพันธ์ระหว่างทรานสคริปโตมิกส์ โปรตีโอมิกส์ เมแทบอโลมิกส์ และฟลักซ์โซมิกส์ อริสทิลเดและทีมงานของเธอได้จัดทำแผนที่เส้นทางเมแทบอลิซึมที่แบคทีเรียใช้ในการย่อยสลายพลาสติกและสารประกอบลิกนินให้เป็นคาร์บอนสำหรับอาหาร ในที่สุด ทีมงานค้นพบว่าแบคทีเรียจะทำลายวงแหวนของคาร์บอนในแต่ละสารประกอบก่อน หลังจากเปิดวงแหวนออกเป็นโครงสร้างเชิงเส้นแล้ว แบคทีเรียจะย่อยสลายวงแหวนต่อไปให้เป็นชิ้นเล็กๆ "เราเริ่มต้นด้วยพลาสติกหรือสารประกอบลิกนินที่มีคาร์บอน 7 หรือ 8 ตัวเชื่อมเข้าด้วยกันผ่านแกนกลางที่มีคาร์บอน 6 ก้อนที่มีรูปร่างเป็นวงกลม ก่อตัวเป็นวงแหวนเบนซีน" อริสทิลเดอธิบาย "จากนั้นพวกมันจะแตกออกเป็นสายโซ่สั้นที่มีคาร์บอนสามหรือสี่ตัว ในกระบวนการนี้ แบคทีเรียจะป้อนผลิตภัณฑ์ที่แตกตัวเหล่านั้นเข้าสู่เมแทบอลิซึมตามธรรมชาติของพวกมัน ดังนั้นพวกมันจึงสามารถสร้างกรดอะมิโนหรือ DNA เพื่อช่วยให้พวกมันเติบโตได้" Upcycling ขยะพลาสติก อริสทิลเดยังค้นพบว่าC. testosteroniสามารถควบคุมคาร์บอนผ่านเส้นทางเมแทบอลิซึมที่แตกต่างกัน เส้นทางเหล่านี้สามารถนำไปสู่ผลพลอยได้ที่มีประโยชน์ซึ่งสามารถนำไปใช้กับโพลิเมอร์ที่เกี่ยวข้องกับอุตสาหกรรม เช่น พลาสติก ขณะนี้ Aristilde และทีมงานของเธอกำลังทำงานในโครงการตรวจสอบเมแทบอลิซึมที่กระตุ้นการสังเคราะห์โพลิเมอร์นี้ " สปีชีส์ Comamonas เหล่านี้ มีศักยภาพในการผลิตพอลิเมอร์หลายชนิดที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีชีวภาพ" Aristilde กล่าว "สิ่งนี้อาจนำไปสู่แพลตฟอร์มใหม่ที่ผลิตพลาสติก ลดการพึ่งพาสารเคมีปิโตรเลียม หนึ่งในเป้าหมายหลักในห้องปฏิบัติการของฉันคือการใช้ทรัพยากรหมุนเวียน เช่น การแปลงขยะเป็นพลาสติก และการรีไซเคิลสารอาหารจากของเสีย จากนั้น เราจะไม่ต้อง คอยสกัดสารเคมีจากปิโตรเลียมเพื่อทำพลาสติกเป็นต้น”