Красноярские ученые нашли в почве новый штамм бактерий, способных накапливать в клетках биоразлагаемые полимеры. Новый штамм способен синтезировать полигидроксиалканоаты в высоких концентрациях, включая сополимеры с короткой и средней длиной цепи, из различных источников углерода, например, сахаров, глицерина, жирных кислот и растительных масел. Разлагаемые биологические полимеры могут служить заменой синтетическому пластику, загрязняющему окружающую среду. Результаты исследования опубликованы в журнале Polymers, кратко о них рассказывается в пресс-релизе Красноярского научного центра СО РАН.
Разлагаемые полимеры гидроксипроизводных алкановых кислот или полигидроксиалканоаты считаются кандидатами на постепенную замену широко используемым неразлагаемым синтетическим полимерам, которые загрязняют окружающую среду. Накапливать эти вещества в высоких концентрациях могут, в частности, бактерии рода Cupriavidus. Однако большинство представителей этой группы микроорганизмов способны быстро развиваться только на сахарах и синтезировать только короткоцепочечные полимеры.
Коллектив красноярских ученых ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» и Сибирского федерального университета обнаружил и выделил новый штамм бактерий, который способен расти на различных доступных источниках углерода и синтезировать полимеры с различным химическим составом и характеристиками из сахаров, глицерина, жирных кислот и растительных масел. В качестве «сырья» для синтеза полимера новыми бактериями исследователи опробовали различные источники углерода, среди которых фруктоза и глюкоза, очищенный глицерин, растительные масла, в том числе рафинированное подсолнечное и отбеленное рафинированное дезодорированное пальмовое масло, а также жирные кислоты, например, пальмитиновая, миристиновая, лауриновая и олеиновая кислоты.
Все источники были подходящими субстратами для роста нового штамма и синтеза полимера, хотя интенсивность накопления ценного соединения несколько различалась. Наивысшие концентрации полигидроксиалканоата в клетках, около 80 %, были получены в культурах с пальмовым маслом и олеиновой кислотой в качестве источников углерода. Результаты, полученные для «контрольных» фруктозы и глюкозы, существенно не различались, и были также близки к 80 %. Культивирование на очищенном глицерине дало более низкие результаты: содержание внутриклеточного полимера было ниже примерно на четверть. Параметры накопления на насыщенных жирных кислотах и подсолнечном масле были еще ниже. В результате исследования ученые также обнаружили, что тип источника углерода влиял на химический состав и свойства полимеров. Таким образом, новый штамм бактерии Cupriavidus necator IBP/SFU-1 способен синтезировать полимеры с короткой и средней длиной цепи.
«Наши результаты показали, что недавно выделенный природный штамм Cupriavidus necator IBP/SFU-1 способен синтезировать полимеры не только на высокоспециализированной фруктозе, но и на различных органических субстратах: глюкозе, жирных кислотах, растительных маслах и глицерине. Более того, замена источников сахара любыми другими источниками углерода, используемыми в нашем исследовании, не привела к адаптации и существенному замедлению роста клеток. Это несомненное преимущество нового штамма перед другими известными видами Cupriavidus. Новый штамм можно рекомендовать как перспективный продуцент полигидроксиалканоатов из пальмового масла, олеиновой кислоты и сахаров, фруктозы и глюкозы», — рассказала старший научный сотрудник Института биофизики ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» кандидат биологических наук Наталья Жила.
