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 быть заменой синтетическому пластику, загрязняющему окружающую среду.

Результаты исследования опубликованы в журнале Polymers.

Разлагаемые полимеры гидроксипроизводных алкановых кислот, или полигидроксиалканоаты считаются кандидатами на постепенную замену широко используемым неразлагаемым синтетическим полимерам, которые загрязняют окружающую среду. Полигидроксиалканоаты обладают ценными свойствами, такими как биосовместимость и биоразлагаемость. Они относятся к биоматериалам с различными применениями: от городского строительства и сельского хозяйства до фармакологии и биомедицины. Накапливать в своей биомассе 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 СФУ 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, некоторые из которых не способны усваивать глюкозу или пальмовое масло и нуждаются в длительном времени для адаптации к другим источникам углерода после повторного посева из сахаросодержащих сред. 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.