生分解性 「生きたプラスチック 」はバクテリアの胞子を保有し、分解を助ける(Biodegradable ‘Living Plastic’ Houses Bacterial Spores That Help It Break Down)

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2024-04-30 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究チームが、環境に優しい新型バイオプラスチックを開発しました。このプラスチックは、一般的に靴やクッション、メモリーフォームに使用される熱可塑性ポリウレタン(TPU)の生分解可能な形態で、バチルス・サブティリス菌の胞子を含んでいます。これらの胞子は、コンポスト内の栄養素に晒されると発芽し、プラスチックの分解を促進します。この素材は、微生物が豊富なコンポスト設備がなくても自己分解する能力を持ち、5ヶ月以内に90%が分解されました。今後、この技術を用いて他の種類の商業プラスチックも生分解可能にする研究が進められます。

<関連情報>

ポリマーの分解を促進する生きたフィラーとして進化したバクテリアの胞子を含むバイオコンポジット熱可塑性ポリウレタン Biocomposite Thermoplastic Polyurethanes Containing Evolved Bacterial Spores as Living Fillers to Facilitate Polymer Disintegration

Han Sol Kim,Myung Hyun Noh,Evan M. White,Michael V. Kandefer,Austin F. Wright,Debika Datta,Hyun Gyu Lim,Ethan Smiggs,Jason J. Locklin,Md Arifur Rahman,Adam M. Feist & Jonathan K. Pokorski
Nature Communications  Published:30 April 2024
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-024-47132-8

生分解性 「生きたプラスチック 」はバクテリアの胞子を保有し、分解を助ける(Biodegradable ‘Living Plastic’ Houses Bacterial Spores That Help It Break Down)

Abstract

The field of hybrid engineered living materials seeks to pair living organisms with synthetic materials to generate biocomposite materials with augmented function since living systems can provide highly-programmable and complex behavior. Engineered living materials have typically been fabricated using techniques in benign aqueous environments, limiting their application. In this work, biocomposite fabrication is demonstrated in which spores from polymer-degrading bacteria are incorporated into a thermoplastic polyurethane using high-temperature melt extrusion. Bacteria are engineered using adaptive laboratory evolution to improve their heat tolerance to ensure nearly complete cell survivability during manufacturing at 135 °C. Furthermore, the overall tensile properties of spore-filled thermoplastic polyurethanes are substantially improved, resulting in a significant improvement in toughness. The biocomposites facilitate disintegration in compost in the absence of a microbe-rich environment. Finally, embedded spores demonstrate a rationally programmed function, expressing green fluorescent protein. This research provides a scalable method to fabricate advanced biocomposite materials in industrially-compatible processes.

生物工学一般
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