Biopolimery - ratunek dla świata, czy kolejny nietrafiony pomysł?

(Robert Kiewisz w laboratorium)

Czy bakterie uratują świat przed zaśmieceniem oraz pomogą naprawić klimat Ziemi? A może znajdzie się dla nich jeszcze inne zastosowanie? Obecna sytuacja na świecie zmusza nas do szukania nowych rozwiązań przyjaznych środowisku. Jednym z nich są jeszcze słabo rozpowszechnione biopolimery.

Życie na naszej planecie istniało o wiele wcześniej przed nami. Nasz dziewiczy świat na początku zasiedlały jedynie mikroorganizmy, ale to od nich wszystko się zaczęło. Stały się podwaliną pod nasz współczesny świat. Nawet teraz wszędzie dookoła nas znajdują się te małe stworzenia, zdolne do syntezy związków zarówno dla nas szkodliwych jak i bez których nie moglibyśmy się obejść.  Dlatego też, przestał dziwić nas fakt, że tak często wykorzystujemy je by „odwalały” za nas „brudną robotę”. Mimo to, przynajmniej ja sam - gdyż ciężko mi w tej chwili mówić za innych - wciąż na każdym kroku jestem zaskakiwany, do czego te maleństwa są zdolne.

Nie tak dawno temu, bo w 1926 r., Maurice Lemoigne odkrył ich kolejną zdolność. Badając zachowanie Bacillus megaterium, jednej z największych bakterii, podczas "znęcania się" nad nią, czyli hodował je ograniczając im dostęp do niektórych pierwiastków. Okazało się, że wygłodzone bakterie zaczęły się bronić przed „okrutnym naukowcem” tworząc niespotykany do tej pory materiał zapasowy, którym okazał się właśnie biopolimer, a dokładniej PHB (Polihydroksymaślan). W późniejszych latach naukowcy coraz bardziej zaczęli interesować się tym tematem i znaleźli ok 91 rodzajów polihydroksykwasów, o różnych zbliżonych, a niekiedy nawet lepszych właściwościach niż mają do tej pory stosowane plastiki.

Czy wiedzieliście ile ton plastiku jest produkowane w przeciągu roku na świecie? Ja nie, ale gdy udało mi się dokopać do tych informacji, dosłownie spadłem z krzesła. 280 milionów ton, dla porównania można przyjąć, że bez trudu dałoby się zapełnić tym około pół jeziora Śniardwy.

Pewnie dziwicie się, czemu tak bardzo się tym ekscytuje. Już wam wyjaśniam. Produkcja plastików wymaga ogromnego nakładu ropy i gazu ziemnego do przetworzenia ich w długopis, klawiaturę, z której do was pisze, czy czegokolwiek, co was i mnie otacza. Taką ilość tego materiału wydziela ogromne ilości dwutlenku węgla i innych trujących substancji. Widzicie, więc jak ważne dla naszego środowiska byłoby ograniczenie produkcji tworzyw z ropy i gazu.

Biopolimery, którymi zajmuję się w swojej pracy dyplomowej, są pewną alternatywą, pozwalającą ograniczyć w pewnym stopniu degradację środowiska. Dzięki temu, że mają zbliżone właściwości do plastików w przyszłości będzie możliwe całkowicie zastąpienie nimi do tej pory stosowane tworzywa.

Polihydroksykwasy, czyli właśnie biopolimery, można uzyskać z nieszkodliwych środowisku materiałów jak: oleje roślinne, cukry, czy nawet dwutlenek węgla z powietrza - dzięki wykorzystaniu cyjanobakterii. Co prawda większość z tych materiałów nie jest wcale taka tania. Jednakże cały czas trwają badana nad znalezieniem innych, tańszych pożywek dla bakterii. Jednym z nich jest właśnie zastosowanie cyjanobakterii- cyjano, bo ich kolonie mają kolor niebieskozielony-, które potrafią wykrzesywać dwutlenek węgla z atmosfery i tworzyć z niego biopolimery. W związku z faktem, iż PHA może ulec całkowitej biodegradacji do dwutlenku węgla oraz wody, produkcję PHA dzięki tym szczepom może zostać w zamkniętym cyklu. Uzyskany w ten sposób produkt zostałby wyizolowany nie dość, że w sposób bezpieczny dla środowiska, ale też pozwoliłoby to w pewnym stopniu zmniejszyć zawartość dwutlenku węgla w środowisku, a także, co nie mniej ważne zmniejszyłoby to koszt produkcji takich plastików.


Równie ważne jest także to, że PHA jest zarówno biodegradalne jak i biokompatybilne. Biodegradowalność oznacza, że takie tworzywa, mogłyby być rozkładane przez bakterie do wyżej wspominanego dwutlenku węgla i wody. Natomiast termin biokompatybilności odnosi się do naszego ciała i oznacza, że taki plastik nie oddziałuje na nie w niekorzystny sposób nawet, jeżeli byłby częścią naszego organizmu. Przeprowadzone badania pod kątem wykorzystania biopolimerów w medycynie wykazały ich wielorakie i w przyszłości możliwe zastosowanie. Jednym z nich jest właśnie opłaszczenie leków, dzięki czemu uwalniałyby one w odpowiednich dawkach i w określonych odstępach czasowych leki. Moglibyśmy zapomnieć, więc o ciągłym ich łykaniu. Co może przysporzyć problemów szczególnie starszym osobom.

W ostatnim czasie prowadzone są też badania pod kątem użycia tych futurystycznych materiałów, jako zamienniki naszych tkanek np. jako nośnik tkanki kostnej, która dzięki PHB dobrze się adaptuje i pozwala stworzyć prawidłową strukturę kostną u badanych królików. Inne badana prowadzone nad szczurami i psami pozwoliły na dowiedzenie, iż PHB i blisko mu spokrewniony kopolimer PHBV, (czyli polimer złożony z dwóch różnych podjednostek, jedna z metylową, a druga z etylową grupą funkcyjną) można stosować, jako rusztowanie dla tkanek, nie tylko kostnych, ale także np. występujących w części przełyku układu pokarmowego, by ułatwić regeneracje uszkodzonych miejsc.

(W laboratorium mikrobiologicznym, fot. S. Czachorowski)

Czyli jak sami widzicie, biopolimery mają w sobie ogromy potencjał. W związku z coraz większymi kłopotami z zanieczyszczeniem naszej planety, a niedługo także z brakiem dostępu do ropy czy gazu, do których tak bardzo się przyzwyczailiśmy, naukowcy dwoją się i troją by jak najszybciej znaleźć dla nich jak najlepszą alternatywę. Jednym z rozwiązań są właśnie przedstawiane przeze mnie polihydroksykwasy. Polimery te powoli są wdrażane do przemysłu, ale wciąż ich udział w światowej produkcji jest znikomy. Obecnie na rynku możemy znaleźć jedynie kilka firm produkujących na większą skalę własne bioplastiki takie jak: Biopol®, Nodax™, czy DegraPol. To właśnie dzięki tym pionierom istnieje obecnie szansa na wyparcie szkodliwych dla naszej planety ropopochodnych plastików. Pozostaje nam, więc trzymać kciuki za naukowców, pracujących nad biopolimerami, mając nadzieje, że już wkrótce szala przewagi przechyli się na ich stronę.

Robert Kiewisz 
student biotechnologii III roku