Plastik zamiast ropy: bakterie mają wytwarzać lek na Parkinsona z butelek

Brzmi jak science fiction, ale to realny projekt.

Odpad, który dziś zalega na wysypiskach i w morzach, może w przyszłości stać się surowcem dla przemysłu farmaceutycznego. Zespół z Uniwersytetu w Edynburgu pokazuje, że odpowiednio zmodyfikowane bakterie potrafią „zjeść” popularny plastik i w zamian wyprodukować lek pierwszego wyboru stosowany w chorobie Parkinsona.

Plastik z butelek jako nowe źródło lewodopy

W centrum badań stoi PET – tworzywo, z którego powstają butelki na wodę i napoje gazowane. Co roku produkuje się go na świecie około 50 mln ton. Większość trafia do spalarni, na składowiska odpadów albo po prostu do środowiska, bo realny recykling obejmuje tylko niewielką część tej góry plastiku.

Zespół profesora Stephena Wallace’a postanowił potraktować ten materiał jak niewykorzystaną kopalnię węgla w postaci związków chemicznych. Najpierw rozkłada PET na podstawowy składnik – kwas tereftalowy. Tę substancję badacze podają następnie zmodyfikowanym genetycznie bakteriom E. coli.

Przeczytaj również: Polscy nastolatkowie też śpią za krótko. Naukowcy ostrzegają przed cichym kryzysem

Organizmy te, dobrze już znane biotechnologom, dostały nowy zestaw genów, który pozwala im przeprowadzić serię reakcji enzymatycznych. W efekcie kwas tereftalowy zmienia się w L-DOPĘ, czyli lewodopę – cząsteczkę stosowaną od dziesięcioleci w leczeniu choroby Parkinsona.

Metoda sprawia, że plastik pełni rolę „paliwa” dla mikroskopijnych fabryk chemicznych, które zamiast kolejnych odpadów wytwarzają substancję leczniczą.

W tradycyjnych procesach przemysł produkuje lewodopę z użyciem surowców pochodzących z ropy naftowej. To kosztowne, energochłonne i wiąże się z emisją gazów cieplarnianych. Koncepcja oparta na PET ma potencjał, by znacząco odciążyć zarówno środowisko, jak i łańcuch dostaw leku.

Przeczytaj również: Niewidoczny aparat na zęby krok po kroku: jak naprawdę wygląda leczenie

Lek z plastiku: pierwszy taki przypadek w neurologii

Opis badań trafił na łamy czasopisma Nature Sustainability. Autorzy podkreślają, że to pierwsza udokumentowana sytuacja, gdy odpadowy plastik staje się punktem wyjścia do wytworzenia leku stosowanego przy chorobie neurologicznej.

Takie podejście badacze określają mianem biowaloryzacji. Zamiast przetapiać tworzywa na produkty gorszej jakości, jak dzieje się np. przy produkcji włókien z butelek, wykorzystują systemy biologiczne, aby podnieść wartość odpadu. Z niechcianego plastiku powstaje związek, który ma wysoką cenę i konkretne znaczenie kliniczne.

Przeczytaj również: Neurolog: krótkie nicnierobienie może realnie zmniejszać ryzyko Alzheimera

To nie pierwsza substancja, którą zespół z Edynburga uzyskał w ten sposób. Wcześniej ta sama platforma bakteryjna posłużyła do produkcji m.in. waniliny, kwasu adipinowego czy paracetamolu z PET. Lewodopa rozszerza tę listę i pokazuje, że proces można dostosowywać do różnych cząsteczek.

Badacze traktują zużyte butelki jak magazyn węgla w postaci związków organicznych – zamiast go marnować, chcą przekształcać w aromaty, barwniki, leki i inne cenne produkty.

Jeśli technologia się rozwinie, odpad z napojów może zacząć zasilać całe spektrum branż: od przemysłu spożywczego, przez kosmetyczny i tekstylny, po farmację.

Laboratorium na skrzyżowaniu ekologii i medycyny

Projekt powstaje w centrum badawczym Carbon-Loop Sustainable Biomanufacturing Hub, współfinansowanym przez brytyjską agencję wspierającą nauki ścisłe i inżynierię. Ośrodek specjalizuje się w opracowywaniu metod, które zamieniają odpady przemysłowe w użyteczne substancje i materiały przy wykorzystaniu biologii syntetycznej.

Biologia syntetyczna to dziedzina łącząca inżynierię genetyczną, chemię i informatykę. Naukowcy projektują w niej komórki tak, jak inżynierowie projektują maszyny – określają, jakie funkcje ma pełnić organizm i jakie geny musi mieć, by je zrealizować. W tym wypadku „program” dla E. coli nakazuje przetwarzać pochodne plastiku na lewodopę.

Choć koncepcja wygląda obiecująco, przejście od wyników laboratoryjnych do fabryki nie jest proste. Zespół wprost mówi o kilku poważnych barierach, które musi pokonać, zanim technologia trafi na rynek.

Co trzeba jeszcze dopracować

• Wydajność bakterii – mikroorganizmy muszą produkować znacznie więcej leku w krótszym czasie, by proces był opłacalny.
• Koszty – badacze analizują, czy w skali przemysłowej metoda nie okaże się droższa niż obecne rozwiązania oparte na ropie.
• Ocena wpływu na środowisko – planowane są szczegółowe analizy cyklu życia procesu, od zebrania plastiku po uzyskanie gotowego leku.
• Bezpieczeństwo – choć samo E. coli jest narzędziem znanym z biotechnologii, procedury muszą zagwarantować pełną kontrolę nad używanymi szczepami.

Centrum w Edynburgu zamierza testować różne warianty hodowli bakterii, rodzaje bioreaktorów oraz sposoby doczyszczania lewodopy, aby dopasować proces do wymogów przemysłu farmaceutycznego.

Dlaczego akurat choroba Parkinsona?

Choroba Parkinsona to jedno z najczęstszych schorzeń neurodegeneracyjnych. Tylko w Wielkiej Brytanii żyje z nią około 166 tys. osób, a liczba ta rośnie wraz ze starzeniem się społeczeństw. Podobny trend obserwuje się w innych krajach, w tym w Polsce.

Typowe objawy to drżenie rąk, spowolnienie ruchów, sztywność mięśni i zaburzenia równowagi. Ich źródłem jest niedobór dopaminy w mózgu. Lewodopa, podawana w tabletkach, po przejściu bariery krew–mózg zamienia się w dopaminę i częściowo wyrównuje braki. Dla wielu pacjentów to lek, który pozwala w ogóle funkcjonować na co dzień.

Popyt na ten preparat rośnie, a jego produkcja wciąż niemal w całości zależy od chemii opartej na paliwach kopalnych. To zwiększa ryzyko problemów z dostępnością leku przy wahaniach cen ropy lub zakłóceniach w łańcuchach dostaw. Biologiczna alternatywa mogłaby dać większą niezależność od branży naftowej.

Jeśli technologia dojrzeje, lekarze dostaną lek, którego źródło nie będzie już tak mocno związane z paliwami kopalnymi. Dla systemów ochrony zdrowia oznacza to większą stabilność, a dla środowiska – niższe obciążenie.

Plastik jako surowiec: zmiana sposobu myślenia o odpadach

Koncepcja z Edynburga wpisuje się w szerszy trend traktowania odpadów nie jak wroga, ale jak zasób. W gospodarce o obiegu zamkniętym materiał powinien krążyć jak najdłużej, zmieniając tylko formę i wartość. Jeśli z butelek można wytwarzać lek, aromat do żywności czy składnik perfum, łatwiej przekonać firmy do zbierania i sortowania plastiku.

Dla konsumentów może to też oznaczać większą presję na systemy zbiórki. Każda wyrzucona do właściwego pojemnika butelka zyskuje drugie, a czasem trzecie życie. Część trafi do nowych opakowań, część – jeśli technologie takie jak ta z Edynburga staną się standardem – może stać się cennym surowcem dla przemysłu chemicznego i farmaceutycznego.

Jak działa to w praktyce – uproszczony schemat

Co z tego może wyniknąć dla zwykłych ludzi

Dla pacjentów z chorobą Parkinsona najważniejsze będzie to, czy nowy sposób produkcji przełoży się na większą dostępność leku i stabilniejsze ceny. Jeśli proces okaże się tańszy od dzisiejszych metod, systemy ochrony zdrowia mogą kupować lewodopę korzystniej, a przerwy w dostawach staną się rzadsze.

Dla miast i gmin to kolejny argument za rozbudową sieci pojemników na selektywną zbiórkę. Jeżeli z odpadów będzie można realnie zarobić, łatwiej znajdą się inwestorzy, którzy zbudują nowe instalacje do przetwarzania PET. Z kolei firmy farmaceutyczne zyskają szansę, by część surowców pozyskiwać lokalnie, bez sprowadzania ich z innych kontynentów.

Warto też pamiętać, że biologia syntetyczna ma tendencję do szybkiego rozwoju. Dziś mowa głównie o lewodopie i kilku innych związkach, ale za kilka lat podobne platformy mogą produkować całe koktajle substancji – od antybiotyków po komponenty nowoczesnych materiałów. Jeśli kluczowy surowiec pozostanie ten sam, czyli plastik z naszych śmietników, presja na ograniczenie zaśmiecenia planety może dostać zupełnie nowy, bardzo konkretny impuls.