قرص‌های پاراستامول (یا استامینوفن) جزو پرمصرف‌ترین داروها در سراسر جهان هستند، اما تولید آن‌ها به‌طور سنتی به منابع رو‌به‌پایان سوخت‌های فسیلی وابسته است. حالا تیمی از محققان به رهبری دانشگاه ادینبرو روشی جایگزین را ارائه کرده‌اند: مهندسی مجدد باکتری روده‌ای اشرشیا کلی (E. coli) که می‌تواند در کمتر از یک روز اجزای تشکیل‌دهنده بطری‌های دور ریخته شده را به ماده فعال این دارو تبدیل کند.
نگاهی به آینده‌ای پایدار
این اثبات مفهوم، نویدبخش آینده‌ای است که در آن داروهای رایج و بسیاری از مواد شیمیایی دیگر، به شکل پایدار از زباله‌های پلاستیکی تولید شوند؛ زباله‌هایی که در حال حاضر انبوهی از آن‌ها در اقیانوس‌ها و محل دفن زباله‌ها تلنبار شده است.
پلاستیک‌های بازیافت‌نشده؛ چالشی جهانی
PET؛ ماده‌ای پرمصرف و کم‌بازیافت
بیشتر بطری‌های نوشیدنی‌های آب و نوشابه از پلی‌اتیلن ترفتالات (PET) ساخته می‌شوند. سالانه بیش از ۳۵۰ میلیون تُن از این ماده تولید می‌شود، اما تنها بخش کوچکی از آن بازیافت می‌گردد.
حتی در مواردی که PET جمع‌آوری می‌شود، فرآیندهای موجود معمولاً آن را به مواد پلاستیکی با ارزش پایین‌تر تبدیل می‌کنند که خود در نهایت به زباله تبدیل خواهند شد.
تبدیل پلاستیک به دارو با کمک باکتری
تجزیه PET به اسید ترفتالیک
تیم دانشگاه ادینبرو ابتدا PET را به اسید ترفتالیک (TPA) تجزیه کردند؛ یکی از دو مولکول پایه‌ای که برای ساخت این پلیمر استفاده می‌شود.
طراحی مسیر بیوشیمیایی جدید
با استفاده از مراحل شیمیایی استاندارد، آن‌ها TPA را به ترکیبی تبدیل کردند که باکتری E. coli قادر به جذب آن باشد. سپس متابولیسم باکتری را بازطراحی کردند تا پس از ورود ترکیب به سلول، یک زنجیره واکنش‌های شیمیایی را آغاز کند که در نهایت به تولید پاراستامول ختم می‌شود.
واکنش کلیدی: جابجایی لوسن (Lossen Rearrangement)
مهم‌ترین مرحله در این فرآیند، انجام واکنشی به نام «جابجایی لوسن» است. این واکنش معمولاً در آزمایشگاه به شرایط سختی نیاز دارد، اما درون سلول در دمای اتاق، با آب و بدون تولید معنادار دی‌اکسید کربن انجام می‌شود.
پلاستیک دورریختنی = ۹ قرص پاراستامول
راندمان چشمگیر در مقیاس آزمایشگاهی
در آزمایشگاه، باکتری‌های اصلاح‌شده تا ۹۰٪ از ترکیب مشتق‌شده از PET را طی ۲۴ ساعت به پاراستامول تبدیل کردند. از یک بطری یک لیتری نوشابه حدوداً ۹ عدد قرص ۵۰۰ میلی‌گرمی به دست می‌آید.
فرآیندی سازگار با محیط‌زیست
این واکنش در قالب یک فرآیند تخمیر یک‌مرحله‌ای مشابه آب‌جوسازی انجام می‌شود، بدون نیاز به دما یا فشار بالا و با ردپای کربنی به‌مراتب کمتر از فرآیندهای پتروشیمیایی.
کاربردهای گسترده‌تر
طبق گفته والاس و همکارانش، راهکار مشابه می‌تواند برای تبدیل زباله‌های پلاستیکی به داروهای بدون نسخه، پلیمرهای خاص و مواد شیمیایی کشاورزی نیز استفاده شود.
زیست‌فناوری به کمک بحران پلاستیک می‌آید
حرکت در مسیر «زیست‌شناسی مهندسی‌شده»
این دستاورد بخشی از حوزه نوظهوری به نام «زیست‌شناسی مهندسی‌شده» است که با ترکیب مهندسی ژنتیک، طراحی متابولیک و شیمی سنتی، کارخانه‌های میکروبی زنده ایجاد می‌کند.
دانشگاه ادینبرو میزبان یکی از بزرگ‌ترین گروه‌های تحقیقاتی در این زمینه است. این پروژه با حمایت مالی دولت و مشارکت شرکت داروسازی AstraZeneca به انجام رسید.
سرمایه‌گذاری برای آینده‌ای سبز
یان هچ، مدیر بخش مشاوره در مرکز نوآوری دانشگاه ادینبرو می‌گوید:
«ما در حال جذب شرکت‌های برجسته‌ای مثل AstraZeneca هستیم تا با دانشمندان ما مانند استفن والاس همکاری کنند و این اکتشافات پیشرفته را به نوآوری‌های تأثیرگذار جهانی تبدیل کنیم. زیست‌شناسی مهندسی‌شده ظرفیت عظیمی برای کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی، ساخت اقتصاد چرخشی و خلق مواد شیمیایی پایدار دارد.»
گام‌های بعدی برای داروهای پلاستیکی
چالش‌های مقیاس‌پذیری و خلوص
اگرچه سلول‌های مهندسی‌شده در آزمایشگاه عملکرد موفقی داشتند، اما تا رقابت با کارخانه‌های سنتی داروسازی فاصله هست. نخستین چالش، مقیاس است؛ راکتورهای صنعتی حجم‌هایی بالغ بر صدها هزار لیتر دارند و دانشمندان باید نشان دهند باکتری‌ها در این مقیاس نیز به‌درستی عمل می‌کنند.
همچنین نیاز است یک مرحله آنزیمی به فرآیند افزوده شود تا PET مخلوط به‌طور مؤثر و مقرون‌به‌صرفه به TPA خالص تبدیل شود.
الزامات قانونی و زیست‌محیطی
داروهای تولیدشده با میکروب‌ها باید استانداردهای سختگیرانه‌ای در زمینه خلوص داشته باشند. همچنین، لازم است تحلیل چرخه عمر انجام شود تا ثابت شود که این روش در مقیاس وسیع واقعاً سبزتر و ارزان‌تر از روش‌های موجود است.
از بطری تا دارو؛ بازتعریف زباله پلاستیکی
تغییر نگاه به زباله
هر دقیقه، مردم جهان بیش از یک میلیون بطری پلاستیکی خریداری می‌کنند. بسیاری از آن‌ها ظرف چند دقیقه دور ریخته می‌شوند، اما قرن‌ها در طبیعت باقی می‌مانند.
گامی به سوی صنعت شیمی سبز
دانشمندان دانشگاه ادینبرو با نشان دادن اینکه یک باکتری معمولی می‌تواند در کمتر از یک روز یک نوع پلاستیک رایج را به دارویی نجات‌بخش تبدیل کند، دیدگاهی نو درباره صنعت شیمیایی آینده ارائه داده‌اند.
اگرچه این تحقیق به‌تنهایی بحران پلاستیک را حل نمی‌کند یا تأمین داروها را تضمین نمی‌کند، اما چشم‌اندازی از آینده‌ای ترسیم می‌کند که در آن مرز بین «زباله» و «منبع» محو شده و بهبود سلامت انسان با نجات سیاره همراه خواهد بود.
این مطالعه در نشریه Nature Chemistry منتشر شده است.
