Ученые Института фундаментальной биологии и биотехнологий Сибирского федерального университета выяснили, какие штаммы используют в обмене веществ отходы растений, и создали технологию синтеза «зеленого» пластика. Результаты работы опубликованы в международном журнале Polymers.

Полигидроксиалканоаты (ПГА) считаются перспективными полимерными материалами, которые синтезируются микроорганизмами. Они разлагаются и не накапливаются в природной среде. Подходящими для продуцирования ПГА на различных субстратах считаются водородокисляющие бактерии рода Cupriavidus. Они являются автотрофами, синтезируют полимеры на смесях диоксида углерода и водорода, имеют органотрофный потенциал. Однако большинство бактерий этого рода могут усваивать только дорогостоящую фруктозу.

Научный коллектив СФУ изучил, как происходит рост и синтез ПГА на сахарах с применением авторских и мутантных водородокисляющих штаммов. В ходе экспериментов были выделены наиболее продуктивные штаммы, которые использовали в синтезе ПГА на гексозах. Ученые определили штаммы, которые метаболизируют гексозу, сахарозу, галактозу, мальтозу, маннозу и ксилозу, делая это с разной активностью. Это позволяет применять отходы и гидролизаты растительного сырья как С-субстрат.

«Наиболее освоенными и применяемыми субстратами в биотехнологии являются индивидуальные сахара», – заметил к.т.н, доцент базовой кафедры биотехнологии СФУ Евгений Киселев.

Он сообщил, что отходы промышленности, сельского хозяйства и растительного сырья, содержащие сахар, считаются неисчерпаемыми субстратными ресурсами, которые возобновляются и подходят для производства биотехнологических продуктов, в том числе и ПГА. Субстратом может стать сахар топинамбура, который пока мало изучен. Это однолетнее растение растет в разных условиях, даже непригодных для выращивания культур.

«Ценность топинамбура обуславливается его химическим составом с уникальным углеводным комплексом на основе фруктозы и ее полимеров, высшим гомологом которых является инулин, для усвоения которого пригодны только штаммы, обладающие гидролитическим ферментом инулиназой, необходимый для преобразования инулина топинамбура в доступные для бактерий фруктозу и глюкозу», – подчеркнул Киселев.

Киселев сообщил, что в 2021 году ученые СФУ впервые получили сахара из клубней и вегетативной массы топинамбура путем кислотного гидролиза.

«Все варианты полученных из топинамбура сахаросодержащих субстратов, исследованные в культурах серии штаммов, показали пригодность для синтеза ПГА. С использованием отобранных штаммов и оптимизированных режимов получения и дозирования в состав питательных сред сахаросодержащих гидролизатов реализованы продуктивные процессы синтеза полимеров различного состава с продукционными показателями, сопоставимыми с индивидуальными сахарами. Замена индивидуальных гексоз гидролизатами клубней и вегетативной части топинамбура снижает удельные затраты С-субстрата для синтеза полимеров в 1,5–2,0 раза», – добавил Евгений Киселев.