Polyethylen, respektive výrobky z něj, jako jsou plastové tašky, láhve a obaly na potraviny, je největším přispěvatelem k celosvětovému znečištění planety plasty. Navíc je v přírodě prakticky nerozložitelný, trvá to až tisíc let. Vědci nyní přišli s postupem, jak ho přeměnit na něco užitečného..

Bakterie rodu Pseudomonas aeruginosa přirozeně konzumují polyethylen jako zdroj potravy. Vědci z Rensselaer Polytechnic Institute se rozhodli vylepšit tyto bakterie tak, aby byly schopny polyethylenový plast přeměňovat na hmotu, které její autoři přezdívají „bioinspirované pavoučí hedvábí“, protože je svými vlastnostmi podobné pravému pavoučímu vláknu.

„Pavoučí hedvábí je přírodní kevlar,“ vysvětluje doktorka Helen Zhaová, která stále v čele celého projektu.

„V tahu může být téměř stejně pevné jako ocel. Má ale šestkrát menší hustotu, takže je mnohem lehčí. Náš bioplast je tedy pružný, houževnatý, netoxický a biologicky odbouratelný,“ dodává. Bakterie bylo potřeba vylepšit tak, aby přeměňovaly atomu uhlíku polyethylenu na geneticky kódovaný protein hedvábí.

Unikátní vlastnosti pravého pavoučího hedvábí jsou známé již dlouhou dobu, ovšem jeho získávání přírodní cestou je neekonomické.

Pelerína z pavoučího hedvábí

Dokládá to pelerína o velikosti 3,4 x 1,2 metru, jež byla zhotovená na Madagaskaru v roce 2009. Je ušita z ručně tkaného a vyšívaného hedvábného brokátu. Příze na výrobek pochází z výměšků od více než jednoho milionu samiček zlatého madagaskarského pavouka rodu Nephilla.

Na projektu pracovalo asi 80 dělníků po dobu více než 4 let. Ve druhé polovině 20. století se odborníci snažili přijít na proces, jehož prostřednictvím by se pavoučí hedvábí dalo získávat, například z kozího mléka či vložením pavoučích genů do bakterií E.coli či vajíček bource morušového, žádný však nebyl úspěšný.

Až doteď. Materiál, podobný pavoučímu vláknu by se do budoucna mohl používat ke zhotovování technických textilií, například pancířů, ve zdravotnictví či v letectví a kosmonautice. Základní proces, který k vytvoření tohoto umělého pavoučího vlákna nyní vědci využili, je známý po tisíce let.

Jedná se o fermentaci. Tento proces se využívá při konzervaci různých potravin, jako jsou sýry, chléb a víno, stejně jako k výrobě antibiotik, aminokyselin a organických kyselin.

Bakterie krmené dortovými svíčkami

Aby byly bakterie schopné fermentovat polyethylen, museli jim ho vědci předpřipravit, neboť mají potíže s konzumací dlouhých řetězců molekul zvaných polymery, které tvoří polyethylen. Zahřáli proto plast pod tlakem, čímž vznikla měkká voskovitá látka.

Ta se stala živinou pro bakterie, kterou je při klasické fermentaci cukr. Doktorka Zhaová to vtipně komentuje: „Je to, jako bychom bakterie místo dortem krmili svíčkami na dortu.“.

Přeměna plastu na pavoučí hedvábí trvala bakteriím 72 hodin. Následně se dal vzniklý protein spřádat do nití či tvarovat do jinak užitečných tvarů. „Na tomto procesu je skvělé, že je nízkoenergetický a nevyžaduje použití toxických chemikálií,“ vyzdvihuje Zhaová.

Nyní stojí před vědci úkol, jak zajistit, aby výroba umělého pavoučího vlákna probíhala efektivně a aby bylo produkováno v dostatečném množství pro jeho komerční využití.