Vi khuẩn biến đổi gen có khả năng phân hủy nhựa trong nước mặn

Một loài vi sinh vật biển đã được các nhà khoa học biến đổi gen để tăng cường khả năng phân hủy nhựa trong môi trường nước mặn. Vi sinh vật này có khả năng phân hủy polyetylen terephthalate (PET), loại nhựa được sử dụng trong nhiều đồ dùng khác nhau (từ chai đựng nước đến quần áo), đồng thời đây cũng là tác nhân chính gây ô nhiễm vi nhựa trong đại dương.

Nathan Crook, trợ lý giáo sư về hóa học và và kỹ thuật sinh học phân tử tại Đại học bang North Carolina và là đồng tác giả của bài báo, cho biết: “Điều này thật thú vị vì chúng ta cần giải quyết tình trạng ô nhiễm nhựa trong môi trường biển”.

Việc thu gom nhựa từ môi trường nước và đưa đến các bãi rác tập trung thường gặp khó khăn. Do đó, biến chúng thành những sản phẩm có thể tái sử dụng được coi là phương án tối ưu hơn. Để làm được điều đó, cần có biện pháp phân huỷ nhựa với chi phí thấp. Nghiên cứu của chúng tôi là một bước tiến lớn để giải quyết vấn đề này.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu hai loài vi khuẩn. Loài thứ nhất, Vibrio natriegens, có khả năng sinh sản và phát triển nhanh trong nước biển. Loài thứ hai là Ideonella sakaiensis có khả năng sinh ra các enzyme phân hủy PET và sử dụng chúng làm nguồn cơ chất cho sinh trưởng.

Các nhà khoa học đã tách đoạn DNA quy định việc sản xuất các enzyme phân hủy nhựa từ I. sakaiensis và đưa vào plasmid. Plasmid là trình tự di truyền có khả năng sao chép độc lập với hệ gen của tế bào. Nói cách khác, có thể đưa một plasmid vào một tế bào lạ và tế bào đó sẽ thực hiện sản xuất các sản phẩm mà DNA trên plasmid quy định. Đó chính xác là những gì các nhà khoa học đã thực hiện.

Bằng cách chuyển plasmid mang gen của vi khuẩn I. sakaiensis vào vi khuẩn  V. natriegens, các nhà khoa học đã sử dụng vi khuẩn V. natriegens để sản xuất các enzyme mong muốn trên bề mặt tế bào của nó. Sau đó, họ đã chứng minh V. natriegens có thể phân hủy PET trong môi trường nước mặn ở nhiệt độ phòng.

Crook cho biết: “Đây là một phát minh khoa học thú vị vì là báo cáo đầu tiên về việc sử dụng thành công vi khuẩn V. natriegens để biểu hiện các enzyme lạ trên bề mặt tế bào của chúng”.

Tianyu Li, nghiên cứu sinh tại Đại học bang North Carolina, tác giả đứng đầu của bài báo, cho biết: “Thực tế, đây cũng là sinh vật biến đổi gen đầu tiên có khả năng phân hủy các hạt vi nhựa PET trong nước mặn mà chúng tôi biết”. "Điều đó rất quan trọng vì việc loại bỏ nhựa khỏi đại dương và rửa sạch muối có nồng độ cao bám trên chúng trước khi bắt đầu bất kỳ quá trình nào liên quan đến phân hủy nhựa là không khả thi về mặt kinh tế. "

Crook nói: “Đây là bước quan trọng đầu tiên nhưng vẫn còn ba khó khăn lớn”. "Trước hết, chúng tôi muốn gắn DNA của I. sakaiensis trực tiếp vào bộ gen của V. natriegens giúp cho việc sản xuất enzyme phân hủy nhựa thành một chức năng ổn định hơn của các sinh vật biến đổi gen. Thứ hai, chúng ta cần sửa đổi thêm V. natriegens để nó có khả năng sử dụng các sản phẩm phụ được tạo ra khi phân hủy PET. Cuối cùng là việc điều chỉnh V. natriegens để tạo ra sản phẩm cuối cùng mong muốn từ PET - chẳng hạn như một phân tử hữu ích làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp hóa chất."

“Thành thật mà nói, thử thách thứ ba là thử thách dễ dàng nhất trong ba thử thách. “Việc phân hủy PET trong nước mặn mới là việc khó nhất”, Crook chia sẻ.

Ông cũng nói thêm: “Chúng tôi cũng sẵn sàng trao đổi với các nhóm ngành để tìm hiểu thêm về phân tử nào sẽ là tốt nhất cho chúng ta để tạo ra vi khuẩn V. natriegens sản xuất chúng. "Trong phạm vi các phân tử mà chúng tôi có thể tạo ra từ vi khuẩn và tiềm năng sản xuất ở quy mô lớn thì ngành công nghiệp nào có thể cung cấp thị trường cho những phân tử này?”

Bài báo “Phân huỷ vi nhựa PET trong điều kiện nước mặn sử dụng Vibrio natriegens cải biến” được xuất bản trên Tạp chí AIChE.

Nguồn: https://phys.org/news/2023-09-genetically-bacteria-plastics-saltwater.html

Phòng TTKHQS dịch