Проблема загрязнения окружающей среды пластиком сегодня стала одной из самых острых в мире. Особенно настораживает использование полиэтилентерефталата (ПЭТ), который находит своё применение в производстве тары для напитков, пакетов для продуктов и текстиля. Каждый год в глобальном масштабе производится более 50 миллионов тонн ПЭТ, и значительная его часть после единовременного использования оказывается на свалках. Современные методы переработки зачастую оказываются неэффективными и невыгодными, поэтому учёные активно ищут новые способы утилизации пластиковых отходов.

 Объектом внимания стал хорошо изученный метаболизм кишечной палочки Escherichia coli, которую учёные собираются модифицировать, введя в её геном новую реакцию — перегруппировку Лоссена. Эта реакция, относящаяся к области органической химии, необходима для преобразования одних органических молекул в другие, а именно в амины, которые представляют собой ключевые компоненты для многих химических веществ и лекарств.

Чтобы определить, пройдёт ли эта реакция в условиях живой клетки, учёные использовали специальный штамм E. coli, неспособный самостоятельно производить пара-аминобензойную кислоту (ПАБК) — вещество, необходимое для создания жизненно важных нуклеотидов и фолиевой кислоты. В питательную среду был добавлен субстрат для перегруппировки Лоссена. Ожидалось, что если реакция сработает, то в результате образуется ПАБК, что позволит бактериям расти, если нет — они погибнут.

Результаты эксперимента оказались многообещающими: бактерии не просто выжили, но и начали активно размножаться, причём без использования дополнительных катализаторов, которые обыкновенно требуются для ускорения реакции. Дальнейшие исследования выявили, что фосфат-ионы, присутствующие в питательной среде и внутри клеток, исполнили роль катализатора. Это открытие продемонстрировало важность фосфатов в клеточной химии и биосовместимости новой реакции.

Следующий этап исследования связан с реальными пластиковыми отходами. Учёные взяли обычную пластиковую бутылку и преобразовали её в терефтатовую кислоту — мономер, из которого был синтезирован тот же субстрат для перегруппировки. Модифицированные кишечные палочки успешно использовали это соединение, демонстрируя способность расти на среде, полученной из пластика, так же, как и на лабораторных субстратах. Это подтвердило, что отходы ПЭТ могут стать сырьём для микробиологического синтеза.

Таким образом, перед учеными встала амбициозная задача — создать полную цепочку от пластика до лекарства. ПАБК, синтезируемая бактериями из ПЭТ, стала ключевым промежуточным продуктом на пути к производству парацетамола. Для завершения цепочки в геном E. coli были добавлены два гена, которые отвечают за ферменты из грибов Agaricas bisaporus и бактерий Pseudomonjs aeruginos. Один из ферментов превращает ПАБК в 4-аминофенол, а другой добавляет ацетильную группу, что приводит к образованию парацетамола.Во время оптимизации процесса учёным удалось достичь впечатляющей эффективности: выход парацетамола из субстрата, полученного из пластиковых бутылок, составил 92%. В итоге был разработан инновационный процесс, который связывает пластиковый мусор с производством одного из самых востребованных лекарств на современном рынке.