باکتری پلاستیکی
تولید پلاستیک تجزیه پذیر به روش های بیولوژیکی
در کشورهایی که به لحاظ تکنولوژی پیشرفته محسوب می شوند، دفع مواد زاید دشواری‌های پرهزینه‌ای را ایجاد می‌نماید. در سال ۱۹۷۴ کشور آمریکا به تنهایی ۱۲۶/۵ میلیون تن مواد زاید شهری تولید نموده که ۷/۲ % آن (بیش از ۹ میلیون تن) مواد پلاستیک بوده است، این رقم از سال ۱۹۷۵ تا ۱۹۸۴ دو برابر شده است. اشیاء پلاستیکی رایج یعنی بطری‌ها یا بسته بندی‌ها و ظروف غذا نسبتا تجزیه ناپذیر بوده لذا دوام یافته و غالبا برای حیات وحش خطرناک و زیان آور است .
امید است گروه جدیدی از پلاستیک‌های تجزیه پذیر به روش‌های بیوتکنولوژی که توسط میکروارگانیسم‌ها ساخته می‌شود راه حل مناسبی در مورد مواد زاید پلاستیکی فراهم سازد. به عنوان مثال عده زیادی از میکروارگانیسم‌ها پلی بتاهیدروکسی بوتیرات (PHB) را به صورت کربن آلی ذخیره تولید می‌کنند و همانند نقشی که نشاسته در گیاهان و چربی در انسان به عهده دارد، PHBهم به عنوان یک منبع ذخیره انرژی در باکتری دارد. باکتری‌هایی که در محیط متغیر نظیر ترکیبات ازت دار و غنی از جهت منبع کربن انرژی‌زا مانند گلوکز کشت داده می‌شوند رشد خود را متوقف ساخته و گلوکز را صرف ساختن پلی بتا هیدروکسی بوتیرات می‌سازند .
در حقیقت به هنگامی که باکتری آلکالی جنز یوتروفوس (eutrophus alcaligenes) در مقیاس نسبتا وسیع کشت داده می‌شود این پلی استر ۸۰ درصد وزن خشک باکتری را تشکیل می‌دهد. این روش در مقایسه با ساخت پلاستیک از مواد نفتی گران‌تر می‌باشد. این ماده‌ی پلاستیکی سخت و کم دوام با گرمای ذوب بالا (۱۷۰ درجه سیلیوس) بوده و برای ساختن بطری‌های نوشابه‌های غیر الکلی بسیار مناسب است. به طوری که بعدا خواهیم دید، انواع پلی‌استرهای دیگر با خواص فیزیکی بسیار متفاوت را می‌توان با تغییر دادن ترکیب محیط غذایی تولید نمود. برخی از این بیوپلیمرها خواصی شبیه پروپیلن (polypropylene) داشته، می‌توان آن‌ها را به صورت ورق پلاستیک و کیسه به کار برد. همه این نوع پلاستیک‌ها از طریق بیولوژیک قابل تجزیه بوده و به وسیله میکروارگانیسم در خاک یا لجن فاضلاب ها به دی اکسید کربن و آب تجزیه می‌شوند. از این ترکیبات به عنوان نخ بخیه یا وسیله‌ی رهاسازی دارو (کپسول) استفاده می‌کنند که به تدریج با هیدرولیز آنزیمی یا شیمیایی تجزیه می‌گردند.
برای اینکه تولید PHA از لحاظ اقتصادی بتواند با سایر پلاستیک‌ها که از فراورده‌های نفتی تولید می‌شود، رقابت کند (توجیه پذیر باشد)، ما نیاز داریم که آن را به طور ارزان و حجم زیاد تولید کنیم. یکی از راه‌هایی که این کار می‌تواند محقق بشود این است که ژن باکتریایی سنتز کننده PHA در محصولات گیاهی مناسب کلون بکنیم. البته این آزمایش در مرحله آزمایشی است اما توانسته‌اند ژن سازنده PHA باکتری آلکالی جنز یوتروفوس را به طور موفق آمیزی به گیاه آرابیدوپسیس کلون کنند، گیاهی که به طور گسترده برای آزمایش‌های ژنتیکی استفاده می‌شود. ژن مهندسی شده PHA طوری طراحی شده است که درون کلروپلاست گیاه بیان بشود، زیرا کلروپلاست محل فتوسنتز گیاه می‌باشد، ماده‌های ارگانیک تازه سنتز شده ابتدا در اینجا ظاهر می‌شود.
پیش بینی نیاز اعظم آینده برای این نو پلیمرهای میکروبی موجب پیدایش دیدگاه‌هایی در مورد گیاهان تراژنی شده مثل ذرت پلاستیکی (Plastic Corn) و سیب زمینی پلاستیکی ( Plastic Potatoes) شده که حاوی ژن کلون شده PHA هستند، بدان وسیله می‌توان این پلیمرها را به مقدار فراوان می‌توان تهیه کرد. همچنین در این گیاهانی تولید نشاسته را متوقف می‌سازند. بدین نحو، پلیمرهای تولید شده از طریق کشاورزی که احتمالا گران‌تر از تولید نشاسته سیب زمینی یا نشاسته‌ی ذرت تمام نمی‌شوند ممکن است سبب گردد مواد شیمیایی پایه پتروشیمی جای خود را به پلاستیک‌ها بدهند.
پلی هیدروکسی آلکانوت‌ها (PHA) ترکیبات رایج ذخیره کربن و انرژی هستند که به طور گسترده‌ای در پروکاریوت‌ها پیدا می‌شوند. رایج‌ترین ترکیب پلی هیدروکسی آلکانوت (PHA)، پلی ۳-هیدروکسی بوتیرات (PHB) است، که این پلیمر می‌تواند حتی تا بیش از ۹۰ درصد وزن خشک برخی از باکتری‌ها را تشکیل دهد. علی رغم هزینه‌ی بالای تولید آن‌ها، تولید بیولوژیکی PHB وارد بازار تجاری شده است. در این یک دهه گذشته PHB به عنوان منبع تجدید شدنی و پلاستیک تجزیه پذیر مورد توجه مجامع علمی و تجاری قرار گرفته است. علاوه بر این، گرانول‌های PHB به عنوان مواد محافظت کننده برای کروماتوگرافی پروتیین و immobilization استفاده شده است. سنتز PHB با جمع شدن دو مولکول استیل کوآ و تشکیل استواستیل کوآ آغاز می‌شود که در مرحله بعد به هیدروکسی بوتیریل کوآ کاهش می‌یابد. این ترکیب به عنوان مونومر PHB عمل می‌کنند و با پلیمریزه شدن PHB، را تشکیل می‌دهند. بیشتر پلاستیک‌های تجاری از پلیمره شدن موادنفتی سنتز می‌شوند که به تجزیه پذیری مقاوم هستند.
ویژگی های PHB
- غیر محلول در آب و مقاوم به گرما. تفاوت PHB با بسیاری از پلاستیک‌های زیست تخریب پذیر این است که آن‌ها محلول در آب هستن یا به رطوبت حساس هستند.
- مقاوم به ماوراء بنفش، اما مقاومت ضعیفی در برابر باز و اسید دارند.
- محلول در کلروفرم و سایر هیدروکربن‌های با کلر ترکیب شده است.
- زیست سازگار بودن آن، از این رو به برای محصولات پزشکی مناسب می‌باشد .
- نقطه ذوب آن ۱۷۵ درجه سیلیسوس می باشد.
- فرو رفتن درآب که تجزیه بی هوازی آن را آسن تر می‌کند.
- غیر سمی می باشد.
قرار دادن مسیر سنتز PHA در کلروپلاست به جای بخش اصلی سلول گیاهی, سبب افزایش بازدهی PHA تا حدود ۱۰۰ واحد می‌شود. گام بعدی انتقال این مسیر به گیاه زراعی خالص مانند دانه‌های تلقیحی یا دانه‌ی سویا خواهد بود. بی شک این دست آورد به مفهوم “گل پلاستیکی” معنای جدیدی خواهد بخشید.
ماده PHV/PHB به وسیله شرکت Zeneca تحت نام تجاری Biopol به وسیله موتانت‌های باکتری Alcaligenes eutrophus ساخته شده است.
تهیه کننده: سعید کارگر