Парацетамол из пластиковых отходов
E. coli может быть адаптирована для переработки пластиковых отходов в парацетамол, сообщает исследование, опубликованное в журнале Nature Chemistry
Парацетамол производится из ископаемого топлива (в частности, фенола — продукта первичной переработки нефти), но исследователи разрабатывают процессы, использующие более устойчивые источники сырья, такие как пластиковые отходы.
«Мы можем преобразовать распространённые экологические и социальные отходы в важнейшее в мире лекарство — способом, который невозможно осуществить только с помощью химии или только с помощью биологии», — говорит соавтор Стивен Уоллес, биотехнолог-химик из Эдинбургского университета (Великобритания).
Ключом к успеху проекта стало открытие Уоллесом и его командой того, что синтетическая химическая реакция, обычно требующая условий, токсичных для клеток, может происходить в их присутствии. Эта реакция называется перестройкой Лоссена (Lossen rearrangement) и известна уже более ста лет, но ранее её проводили только в пробирках или колбах, отмечает Уоллес.
Чтобы преобразовать пластиковые отходы в парацетамол, исследователи сначала модифицировали полиэтилентерефталат (PET) — пластик, используемый в упаковке и текстиле, — с помощью обычных химических методов, превратив его в молекулу-предшественника.
Затем эту молекулу добавили в культуру клеток E. coli, в которой реакция Лоссена превратила её в биологически значимое соединение. Интересно, что реакция происходила (в меньшей степени) даже в контрольной пробе, где была только молекула-предшественник и питательная среда. Позже учёные обнаружили, что катализатором реакции выступал фосфат.
«Неэнзиматическая реакция протекает в присутствии бактериальных клеток, не является токсичной и катализируется фосфатом при нейтральном pH. Эта биосовместимая реакция также приводит к образованию первичных аминов in vivo (внутри живой клетки) через механизм, отличный от известных биосинтетических путей, и, таким образом, представляет собой полезный инструмент в метаболической инженерии для получения метаболитов, содержащих аминогруппы», — сказано в статье.
Авторы провели эксперимент с генетически модифицированной E. coli: ферменты, продуцируемые модифицированной E. coli, завершали цепочку реакций, необходимых для синтеза парацетамола. Когда исследователи «накормили» ГМ-бактерии переработанным PET, 92% пластика было преобразовано в парацетамол.
Уоллес говорит, что его группа сотрудничает с фармацевтическими компаниями, такими как AstraZeneca, которая частично профинансировала исследование, с целью масштабирования и интенсификации процесса.
Это часть растущего тренда объединения химии и биологии для создания более эффективных систем, отмечает Дилан Домайль, химический биолог из Colorado School of Mines (США). Однако он добавляет, что применённый химический процесс разложения PET не слишком хорошо масштабируется: его реализация в больших объёмах будет дорогой и потенциально опасной. Хотя Уоллес отмечает, что аналогичный процесс может быть проведён и с использованием ферментов.
В своей работе учёные продемонстрировали возможность получения жизненно важного лекарственного препарата из пластиковых отходов путём, который невозможно реализовать только химически или только биологически.
Биосовместимую химию следует использовать в живых клетках для расширения синтетических возможностей биологических систем. Такие стратегии позволят производить больше промышленных малых молекул из устойчивого сырья, снижая зависимость от истощающихся ресурсов ископаемого топлива, уверены химики.
Статья с описанием химических процессов A biocompatible Lossen rearrangement in Escherichia coli находится в открытом доступе: https://www.nature.com/articles/s41557-025-01845-5
18.07.2025