Công trình này mở ra khả năng sản xuất thuốc và hóa chất bền vững từ nhựa dùng một lần.
Hướng đi mới
Paracetamol là một trong những loại thuốc thông dụng nhất thế giới, nhưng quá trình sản xuất vẫn dựa vào nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt.
Để giải quyết vấn đề này, nhóm nghiên cứu Đại học Edinburgh đã tái lập trình vi khuẩn đường ruột E. coli, cho phép chúng chuyển đổi hợp chất từ chai nhựa đã qua sử dụng thành hoạt chất chính của paracetamol chỉ trong vòng 24 giờ.
Loại nhựa được nhắm đến là polyethylene terephthalate (PET), vốn được dùng rộng rãi trong sản xuất chai chứa nước và nước ngọt. Theo Earth, mỗi năm, thế giới tạo ra hơn 350 triệu tấn PET, nhưng phần lớn không được tái chế hiệu quả. Các phương pháp hiện tại thường “tái chế xuống cấp”, biến nhựa thành vật liệu kém chất lượng rồi cuối cùng lại trở thành rác thải.
Các nhà khoa học tại Đại học Edinburgh đã xử lý nhựa PET để thu được axit terephthalic (TPA), sau đó biến đổi TPA thành hợp chất mà E. coli có thể hấp thụ. Họ tiếp tục chỉnh sửa quá trình trao đổi chất của vi khuẩn để biến hợp chất này thành paracetamol.
Điểm nổi bật trong quy trình này là việc vi khuẩn thực hiện phản ứng hóa học tái sắp xếp Lossen, vốn trong phòng thí nghiệm đòi hỏi điều kiện nhiệt độ và độ kiềm cao. Tuy nhiên, bên trong vi khuẩn, phản ứng này diễn ra ở nhiệt độ phòng, trong môi trường nước, và không phát thải đáng kể khí CO₂.
Ông Stephen Wallace - chuyên gia công nghệ sinh học tại Đại học Edinburgh và là tác giả chính của nghiên cứu, nhận định: “Công trình này chứng minh rằng nhựa PET không chỉ là rác thải hay nguyên liệu để làm thêm nhựa. Nó có thể được biến đổi bởi vi sinh vật thành những sản phẩm giá trị mới, gồm các hợp chất tiềm năng trong điều trị bệnh”.
Mở ra tương lai hóa học tuần hoàn, ít phát thải
Công trình là một phần trong xu hướng mới có tên “công nghệ sinh học thiết kế”, kết hợp kỹ thuật di truyền, thiết kế trao đổi chất và hóa học để tạo ra các “nhà máy vi sinh vật sống”. Dự án nhận được tài trợ từ Chính phủ Anh và sự hỗ trợ của Công ty dược phẩm AstraZeneca.
Ông Ian Hatch - Trưởng bộ phận thương mại hóa của Đại học Edinburgh cho biết: “Chúng tôi đang thu hút các công ty lớn như AstraZeneca hợp tác với ông Stephen Wallace và các nhà khoa học khác để biến các phát hiện tiên tiến này thành sáng kiến có khả năng thay đổi thế giới”.
Tuy nhiên, để có thể cạnh tranh với sản xuất quy mô công nghiệp, quy trình này vẫn còn một số thách thức. Việc mở rộng lên các lò phản ứng sinh học chứa hàng trăm nghìn lít là một trong những mục tiêu tiếp theo.
Ngoài ra, cần có bước xử lý bằng enzyme để phân giải PET hỗn hợp thành TPA tinh khiết mà không cần tinh chế tốn kém. Về mặt pháp lý, thuốc sản xuất bằng vi sinh vật cũng cần đạt chuẩn nghiêm ngặt về độ tinh khiết và cần phân tích vòng đời để xác nhận hiệu quả thực sự ở quy mô lớn.
Dù còn nhiều rào cản, nhóm nghiên cứu Đại học Edinburgh vẫn lạc quan về khả năng có thể ứng dụng trong thực tế. Các nhà máy lên men vi sinh hiện đã sản xuất insulin điều trị tiểu đường và tiền chất artemisinin điều trị sốt rét ở quy mô hàng tấn.
Thế giới tiêu thụ hơn một triệu chai nhựa mỗi phút. Việc chứng minh có thể tái chế loại nhựa phổ biến này thành thuốc cứu người chỉ trong vòng 24 giờ là một thông điệp mạnh mẽ. Dù chưa thể giải quyết triệt để khủng hoảng nhựa, nhưng nghiên cứu đã mở ra tương lai rác thải trở thành nguồn tài nguyên quý giá, vừa bảo vệ môi trường, vừa phục vụ sức khỏe con người.
Trong các bình thí nghiệm, vi khuẩn đã chuyển hóa tới 90% hợp chất từ PET thành paracetamol trong vòng 24 giờ. Mỗi chai nước ngọt 1 lít có thể tạo ra khoảng 9 viên paracetamol loại 500 mg. Toàn bộ quá trình diễn ra trong một lần lên men sinh học, không cần nhiệt độ hay áp suất cao, nhờ đó giảm mạnh lượng khí thải carbon so với phương pháp hóa dầu truyền thống.
