Британские исследователи из Эдинбургского университета впервые в истории науки разработали метод преобразования пластиковых отходов в леводопу – основной препарат для лечения болезни Паркинсона. Технология, основанная на использовании модифицированных бактерий, позволяет превращать полиэтилентерефталат (ПЭТ) в лекарственное вещество с высокой эффективностью, открывая новые перспективы как для фармацевтики, так и для переработки мусора.
В ходе экспериментальной работы специалисты использовали генно-модифицированные бактерии кишечной палочки (Escherichia coli) для конвертации химического соединения, входящего в состав широко распространенного пластика, в леводопу (L-ДОФА). Эффективность процесса составила 84%, а выход вещества достиг 5,0 г/л, что эквивалентно нескольким клиническим дозам препарата, необходимым для терапии на ранних стадиях заболевания. Результаты исследования были опубликованы 16 марта в журнале Nature Sustainability, пишет medscape.
Профессор химической биотехнологии Эдинбургского университета Стивен Уоллес пояснил, что, несмотря на раннюю стадию разработки, данный подход может стать перспективным направлением в создании лекарств. Он обратил внимание на химическое сходство структуры пластиковых отходов и леводопы, что и натолкнуло команду на идею использования загрязнения пластиком в качестве потенциального фармацевтического сырья.
В настоящее время мировое производство леводопы объемом около 250 тонн в год базируется на методах химического или хемоферментативного синтеза с использованием нефтехимического сырья. Добыча и переработка этих ресурсов требуют значительных энергозатрат и сопровождаются высокими выбросами углерода. По данным на 2019 год, углеродный след фармацевтической отрасли на 55% превышал аналогичный показатель автомобильной промышленности. Между тем спрос на препарат растет из-за старения населения: прогнозируется, что к 2050 году число пациентов с болезнью Паркинсона в мире увеличится более чем в два раза, достигнув 25,2 миллиона человек.
Разработанный учеными метод использует принципы синтетической биологии. В геном кишечной палочки были внедрены копии природных генов из нескольких других микроорганизмов, что создало новый метаболический путь. Гены различных бактерий последовательно превращают терефталевую кислоту, образующуюся при разложении ПЭТ, в промежуточные продукты и в итоге в леводопу. Весь процесс занимает около 27 часов. Стивен Уоллес сравнил эту технологию с пивоварением, отметив, что в данном случае бактерии перерабатывают не сахар в спирт, а пластиковые бутылки в лекарство.
Исследователи протестировали метод на трех источниках отходов: найденной в Эдинбурге пластиковой бутылке, промышленной фольге и упаковочной пленке. Леводопа была получена во всех случаях, хотя конверсия при использовании потребительской тары оказалась ниже из-за наличия остаточных пластификаторов.
Уоллес подчеркнул, что в конечном лекарственном препарате не будет содержаться микропластик, так как пластик расщепляется химически еще до того, как перерабатывается бактериями.
Однако до внедрения технологии в цепочки поставок фармацевтической продукции предстоит решить ряд задач. Основным препятствием на текущем этапе ученый назвал масштабируемость: перевод процесса из лабораторных пробирок в промышленные биореакторы является сложной инженерной задачей. Также потребуется подтвердить отсутствие загрязняющих веществ в продукте, исключить использование антибиотиков при поддержании бактериальных культур и пройти стандартные регуляторные процедуры, обязательные для любых лекарственных средств.