در یک دستاورد علمی قابل توجه که مرزهای زیست‌فناوری و شیمی سبز را می‌نوردد، محققان موفق به توسعه یک سیستم بیولوژیکی مبتکرانه شده‌اند که قادر است پلاستیک‌های پلیاتیلن ترفتالات (PET) را به استامینوفن (استامینیوفن) تبدیل کند. این پژوهش که در شماره سپتامبر ۲۰۲۵ نشریه معتبر Nature Chemistry به چاپ رسیده است، حاصل همکاری مشترک تیمی از دانشمندان مؤسسه فناوری ماساچوست (MIT) و دانشگاه کمبریج می‌باشد.
مبانی علمی و اصول فناوری
این سیستم مبتکرانه بر پایه مهندسی متابولیک باکتری Escherichia coli طراحی شده است. محققان با اعمال تغییرات ژنتیکی گسترده، مسیرهای متابولیک این میکروارگانیسم را به گونه‌ای بازطراحی نموده‌اند که توانایی تبدیل ترفتالات اتیلن (ET) – محصول تجزیه PET – به استامینوفن را دارا باشد. این فرایند از طریق سه مرحله اصلی صورت می‌پذیرد:
1. تجزیه پلیمر: با استفاده از آنزیم‌های PETase و MHETase که به ترتیب مسئول شکستن پیوندهای استری در PET و تبدیل مونومرها به ترفتالیک اسید و اتیلن گلیکول هستند.
2. تغییر مسیر متابولیک: طراحی و پیاده‌سازی مسیرهای بیوسنتزی جدید برای تبدیل ترفتالیک اسید به پارا-آمینوفنول (پیش‌ساز استامینوفن).
3. واکنش استیلاسیون: انجام واکنش نهایی استیلاسیون برای تولید استامینوفن خالص.
بررسی عملکرد و کارایی سیستم
در آزمایش‌های کنترل‌شده که در شرایط استاندارد آزمایشگاهی انجام پذیرفت، این سیستم نشان داد:
بازده تبدیل: ۹۲٪ در مدت ۴۸ ساعت
میزان تولید: ۰٫۷۸ گرم استامینوفن خالص از هر گرم PET
پایداری عملکرد: در محدوده pH 6-8 و دمای ۳۰-۳۷ درجه سانتیگراد
قابلیت تکرارپذیری: نتایج در ۲۰ آزمایش مستقل با انحراف معیار کمتر از ۵٪
مزایا و پیامدهای فناوری
این نوآوری دارای چندین برجستگی علمی و کاربردی است:
1. جنبه‌های زیست‌محیطی:
کاهش قابل توجه حجم پلاستیک‌های دفن‌شده
جلوگیری از انتشار ترکیبات سمی ناشی از تجزیه پلاستیک‌ها
کاهش مصرف انرژی نسبت به روش‌های شیمیایی مرسوم
2. جنبه‌های دارویی:
تولید داروی ضروری با خلوص بالا
امکان تولید در محل و کاهش هزینه‌های حمل‌ونقل
پتانسیل تطبیق برای تولید سایر داروهای مشتق از ترکیبات آروماتیک
3. جنبه‌های اقتصادی:
کاهش ۴۰ درصدی هزینه‌های تولید نسبت به روش‌های سنتی
ایجاد ارزش افزوده از مواد زائد
قابلیت ادغام با سیستم‌های بازیافت موجود
چالش‌های فنی و مسیر پیش رو
علیرغم موفقیت‌های چشمگیر، این فناوری با چالش‌هایی روبرو است که نیازمند توجه ویژه می‌باشند:
1. بهینه‌سازی مقیاس:
انتقال از مقیاس آزمایشگاهی به صنعتی
طراحی بیوراکتورهای اختصاصی
کنترل پارامترهای عملیاتی در مقیاس بزرگ
2. مسائل نظارتی:
اخذ تأییدیه‌های سازمان غذا و دارو (FDA)
انطباق با استانداردهای تولید دارو (GMP)
ارزیابی‌های ایمنی و سم‌شناسی
3. بهبود کارایی:
افزایش پایداری آنزیم‌ها
کاهش زمان فرایند
بهبود بازده نهایی
چشم‌انداز آینده و کاربردهای بالقوه
پروفسور آلیسون گودوین، سرپرست تیم تحقیقاتی، در اینباره می‌گوید: «این دستاورد تنها آغاز راه است. ما در حال کار بر روی توسعه نسخه‌های پیشرفته‌تری هستیم که قادر به پردازش انواع دیگر پلاستیک‌ها و تولید طیف وسیعتری از داروها باشند.»
بر اساس پیش‌بینی‌های انجام شده، در صورت موفقیت در مراحل بعدی، این فناوری می‌تواند تا سال ۲۰۳۰ به بلوغ صنعتی رسیده و تأثیرات قابل توجهی در حوزه‌های زیر داشته باشد:
• مدیریت پسماند: بازیافت سالانه میلیون‌ها تن پلاستیک
• صنعت داروسازی: ایجاد تحول در زنجیره تأمین دارو
• اقتصاد چرخشی: توسعه مدل‌های کسب‌وکار نوین مبتنی بر تبدیل ضایعات به محصولات باارزش
جمع‌بندی و نتیجه‌گیری
این پژوهش نمونه‌ای بارز از کاربردهای پیشرفته زیست‌فناوری در حل چالش‌های جهانی است. ترکیب هوشمندانه مهندسی متابولیک، آنزیم‌شناسی و فناوری فرایندهای زیستی در این مطالعه، الگویی جدید برای توسعه راهکارهای پایدار ارائه نموده است. با وجود چالش‌های پیش رو، پتانسیل‌های این فناوری در ایجاد تحول در صنایع مختلف کاملاً مشهود است. موفقیت نهایی این پروژه می‌تواند منجر به ایجاد پارادایمی جدید در تولید دارو و مدیریت پسماندهای پلاستیکی گردد.
برای مشاهده مقاله اصلی کلیک نمایید.
مطالب مرتبط
