As bactérias transformando resíduos de plástico em analgésicos

No início deste ano, uma nova maneira extraordinária de usar manchetes de plástico residual.

Uma bactéria comum foi geneticamente projetada para comer uma molécula derivada de plástico e depois digeri-la Para produzir o analgésico cotidianoparacetamol.

O micróbio usado por Stephen Wallace, professor de biotecnologia química da Universidade de Edimburgo, period Escherichia coli, mais conhecida como E. coli.

A bactéria em forma de vara é encontrada no intestino de humanos e animais, e você pode estar mais familiarizado com ela como um bug desagradável isso pode nos deixar doentes.

O Prof Wallace o escolheu automaticamente porque certas cepas de E. coli que não são patogênicas são usadas extensivamente nos laboratórios de biologia de biotecnologia e engenharia para testar se algo pode funcionar.

E. coli é o principal “cavalo de trabalho” do campo, diz o Prof Wallace, que também o projetou geneticamente no laboratório para transformar resíduos de plástico em sabor de baunilha e resíduos de páterg de esgotos em fragrance.

“Se você deseja provar que algo é possível com a biologia, E.Coli é um primeiro estágio pure”, diz ele.

O uso do micróbio não está apenas confinado ao laboratório. Industrialmente, os cubas de E. coli geneticamente projetados agem como fábricas vivas, produzindo uma variedade de produtos de produtos farmacêuticos, como insulina, important para gerenciamento de diabetes, a vários produtos químicos de plataforma usados ​​para fazer combustíveis e solventes.

Mas como E. coli passou a ser um dos pilares da biotecnologia, por que é tão útil e o que seu futuro pode manter?

A dominância de E. coli decorre de seu papel como organismo modelo para entender os princípios biológicos gerais, diz Thomas Silhavy, professor de biólogo molecular da Universidade de Princeton, que realiza estudos na bactéria há cerca de 50 anos e tem documentou sua história.

Outros organismos modelo familiares incluem ratos, moscas da fruta e levedura de Baker. O fermento, como E. coli, também se tornou uma ferramenta inestimável em biotecnologia, tanto no laboratório quanto industrialmente – mas possui uma estrutura celular mais complexa e aplicações diferentes.

E. coli foi isolado pela primeira vez em 1885 por um pediatra alemão, Theodor Escherich, estudando micróbios intestinais infantis. Crescente e fácil de trabalhar, os cientistas começaram a usá -lo para estudar biologia bacteriana básica.

Então, na década de 1940, “Serendipity” o catapultou para o grande momento, diz o professor Silhavy.

Uma cepa não patogênica de E. coli (Okay-12) foi usada para demonstrar bactérias não apenas se dividir, mas podia passar por ‘sexo bacteriano’ onde compartilham e recombinam genes para obter novas características.

Foi uma descoberta histórica e E. coli se tornou o “organismo favorito de todos”, diz ele.

Ele viu E. coli continuar desempenhando um papel central em muitas outras descobertas e marcos na genética e na biologia molecular.

Foi usado para ajudar a decifrar o código genético e, na década de 1970, tornou -se o primeiro organismo a ser geneticamente projetado quando o DNA estrangeiro foi inserido nele – estabelecendo as bases para a biotecnologia moderna.

Também resolveu um problema com a produção de insulina. A insulina de gado e porcos foi usada para tratar o diabetes, mas causou reações alérgicas em alguns pacientes.

Mas em 1978 a primeira insulina humana sintética foi produzido usando E. coli, um grande avanço.

Em 1997, tornou -se um dos primeiros organismos ter todo o seu genoma sequenciado, facilitando a compreensão e manipulação.

Adam Feist, professor da Universidade da Califórnia, San Diego, que evolui micróbios para aplicações industriais, diz que aprecia E. coli por seus muitos recursos úteis.

Além do vasto conhecimento acumulado sobre sua genética e as ferramentas que facilitam a projeção, a bactéria cresce rápida e previsivelmente em uma ampla variedade de substratos. Não é “mecânico” como alguns, pode ser congelado e revivido sem problemas e é incomumente bom em hospedar o DNA estrangeiro.

“Quanto mais trabalho com mais microorganismos, mais aprecio o quão robusto é E. coli”, diz ele.

Cynthia Collins é diretora sênior da Ginkgo Bioworks, uma empresa que ajuda as empresas a desenvolver seus produtos de biotecnologia e os ajudou a usar a E. coli industrialmente.

Embora o cardápio de organismos disponíveis para fabricação em larga escala seja um pouco mais amplo do que há algumas décadas atrás-quando a E. coli period frequentemente a única opção-, frequentemente ainda pode ser uma “boa escolha”, dependendo do produto, diz o Dr. Collins. (Mesmo com a bioengenharia mais intensiva, E. coli não pode produzir tudo).

“É muito econômico; você pode bombear muito”, diz ela, observando que, se a bactéria estiver produzindo algo tóxico para as células, a tolerância geralmente pode ser projetada.

No entanto, há quem se pergunta se o domínio de E. coli pode estar sufocando de encontrar as melhores soluções de biotecnologia para nossos problemas.

Paul Jensen, microbiologista e engenheiro da Universidade de Michigan, estuda bactérias que vivem em nossas bocas. Ele analisou recentemente O quão pouco estudado a maioria das outras bactérias tem sido relativa a E. coli.

Seu argumento é enquanto estamos avançando com uma engenharia cada vez mais extensa da E. coli para fazer coisas notáveis, pode haver outros micróbios por aí que façam essas coisas naturalmente – e melhores – que não estão olhando e estamos perdendo o benefício porque eles não estão sendo procurados ou estudados.

A bioprósperação de aterros sanitários, por exemplo, pode aparecer micróbios que começaram a comer não apenas plástico, mas todos os tipos de outros resíduos, diz ele. E pode haver bactérias por aí que façam coisas – como fazer cimento ou borracha – nem imaginamos. Apenas as bactérias que vivem em nossas bocas superam E. coli para tolerância a ácido que ele observa.

“Estamos tão profundos com a E. coli que não estamos investigando o suficiente”, diz ele.

Existem algumas alternativas em que as pessoas estão trabalhando para aumentar as opções – incluindo Vibrio Natriegens (V. Nat), que começou a ganhar atenção como um potencial concorrente da E. coli.

V. Nat foi isolado pela primeira vez de um pântano de sal no estado dos EUA da Geórgia na década de 1960, mas permaneceu amplamente negligenciado em coleções de cultura e freezers até meados de 2010, quando foi reconhecido por sua taxa de crescimento ultra-rápida-duas vezes a de E. coli-o que poderia ser uma vantagem industrial significativa.

Também é muito mais eficiente em receber DNA estrangeiro, diz Buz Barstow, engenheiro biológico e ambiental da Universidade de Cornell, que está entre os que desenvolvem o organismo, e diz que sua capacidade em comparação com E. coli é como “ir de um cavalo para um carro”.

Dirigindo o V. Nat Focus, do Dr. Barstow, ele quer ver micróbios usados ​​para enfrentar grandes desafios de sustentabilidade – desde a produção de combustível de aviação do dióxido de carbono e da eletricidade verde até a mineração de metais de terras raras. “Simplificando, E. coli não nos leva a nenhuma dessas visões. V. Natriegens pode”, diz ele.

Este ano, seu laboratório divulgou uma empresa, a Forrage Evolution, que está trabalhando em ferramentas para facilitar para os pesquisadores projetá -la no laboratório.

V. NAT oferece propriedades atraentes, o professor Feist reconhece, mas essas ferramentas genéticas necessárias para uso amplo ainda estão ausentes e ainda não se provaram em escala. “E. coli é uma coisa difícil de substituir”, diz ele.