المواد الخام للبلاستيك من النباتات المعدلة وراثيا

من الناحية النظرية، يمكن أن تكون النباتات مصانع "خضراء" بالكامل، ومصممة لإنتاج مواد خام تأتي اليوم من المواد الكيميائية القائمة على النفط

من الناحية النظرية، يمكن أن تكون النباتات مصانع "خضراء" بالكامل، ومصممة لإنتاج مواد خام تأتي اليوم من المواد الكيميائية القائمة على النفط. لكن من الناحية العملية، كانت القدرة على جعل النباتات تنتج تركيزات عالية من المنتجات المرغوبة تحديًا بعيد المنال بالنسبة للعلماء. الآن، أعلن علماء من وزارة الطاقة الأمريكية عن مصنع معدل وراثيًا ينتج تركيزات عالية من المركبات التي يمكن استخدامها في إنتاج البلاستيك. ونشرت الدراسة على الانترنت في المجلة العلمية فسيولوجيا النبات.

وقال عالم الكيمياء الحيوية جون شانكلين: "لقد تمكنا من هندسة مسار أيضي جديد في النباتات لإنتاج نوع من الأحماض الدهنية التي يمكن استخدامها كمصدر للمواد الأولية لبنات البناء الكيميائية لتحضير البلاستيك مثل البولي إيثيلين". الذي قاد البحث. "المواد الخام لمعظم الكواشف المستخدمة في صناعة البلاستيك اليوم تأتي من المواد الاصطناعية القائمة على البترول أو الفحم. ستكون طريقتنا الجديدة للحصول على المواد الخام المشتقة من الأحماض الدهنية الموجودة في بذور النباتات متجددة ومستدامة بلا حدود. وعلى الرغم من أن التكنولوجيا الإضافية لا تزال مطلوبة لتحويل الأحماض الدهنية النباتية بكفاءة إلى وحدات البناء الكيميائية الضرورية، فإن بحثنا يقدم دليلاً على أنه يمكن إنتاج مستويات عالية من المواد الخام المطلوبة داخل النباتات.

وتعتمد هذه الطريقة على اهتمام الباحث منذ فترة طويلة بالأحماض الدهنية - اللبنات الأساسية للزيوت النباتية - المسؤولة عن إنتاجها. إن اكتشاف الجينات المشفرة للإنزيمات المسؤولة عن الإنتاج "غير الطبيعي" للزيوت النباتية شجع العديد من الباحثين على إيجاد طرق للتعبير عن هذه الجينات وإنتاج الزيوت المرغوبة في مجموعة متنوعة من النباتات.

ويوضح قائلاً: "هناك نباتات تنتج بشكل طبيعي الأحماض الدهنية المرغوبة والتي تسمى "أحماض أوميغا 7 الدهنية" في بذورها - على سبيل المثال نباتات مخلب القط والصقلاب - ولكن خصائص إنتاجها ونموها ليست مناسبة للإنتاج التجاري". الباحث أدت المحاولات السابقة للتعبير عن الجينات المرغوبة في أصناف نباتية أكثر ملاءمة إلى الحصول على تركيزات أقل بكثير من الزيوت المرغوبة من التركيزات الموجودة في النباتات التي تم عزل الجينات منها. وأشار الباحث إلى أن "هذا يعني أن هناك حاجة إلى مزيد من التغييرات في المسار الأيضي من أجل زيادة إنتاج زيوت البذور النباتية المرغوبة".

يوضح الباحث: "من أجل التغلب على مشكلة انخفاض الإنتاجية، أجرينا سلسلة من تجارب الحث الأيضي المنهجي لزيادة إنتاج أحماض أوميغا 7 الدهنية في النباتات المعدلة وراثيا". ومن أجل إثبات هذه التجارب الأساسية، عمل العلماء مع نبات من صنف الأرابيدوبسيس، وهو نبات شائع يستخدم في مختبرات الأبحاث.

الإنزيمات المسؤولة عن إنتاج هذه الأحماض الدهنية غير الطبيعية هي إصدارات مختلفة قليلاً من الإنزيمات تسمى "desaturases"، والتي تزيل ذرات هيدروجين محددة من سلاسل الأحماض الدهنية لتكوين روابط ثنائية كربون-كربون، بحيث تعمل على "مقاومة تشبع" الأحماض الدهنية. .

أولاً، حدد الباحثون نسخًا طبيعية مختلفة قليلاً من هذه الإنزيمات ذات الخصائص المرغوبة، لكن أداؤها كان سيئًا عند إدخالها في مصنع الاختبار. وفي الخطوة التالية، قاموا بتصميم نسخة اصطناعية من الإنزيم الذي يعمل بشكل أسرع وبانتقائية أعلى من الإنزيمات الطبيعية، مما أدى إلى زيادة في المحصول من 2% إلى 14%.

وعلى الرغم من أن الإنجاز يعد تحسنا، فإن هذا المستوى من الإنتاج لا يزال غير كاف للإنتاج على نطاق صناعي. وقام العلماء بعد ذلك بإجراء عدة تغييرات إضافية في المسارات الأيضية للنباتات. على سبيل المثال، فإنها سوف تقلل من تنظيم الجينات التي تتنافس مع "غذاء" الإنزيمات التي تنتج الأحماض الدهنية المطلوبة. وبعد اختبار العديد من السمات بشكل منفصل، قام الباحثون بعد ذلك بدمج السمات الواعدة في نبات واحد جديد.

أنتجت السلالة المعدلة وراثيا الأكثر كفاءة حمض أوميغا 7 الدهني بمعدل 71 بالمائة. ولم يتأثر نمو وتطور السلالة المعدلة وراثيا الجديدة بالتغيرات الجينية التي أدخلت عليها وزيادة إنتاج الحمض الدهني أوميغا 7.

هذا النهج العام - تحديد والتعبير عن الإنزيمات الطبيعية أو الاصطناعية، وتحديد تأثير التحسينات الناتجة عن التغيرات الجينية/التمثيل الغذائي الإضافية، والجمع بين أفضل الخصائص - قد يكون مفيدًا أيضًا لتحسين إنتاج مجموعة واسعة من الأحماض الدهنية غير الطبيعية في النباتات الأخرى. بذور.

أخبار الدراسة