کاهش آلودگی پلاستیک و وابستگی به سوخت های فسیلی در داروسازی با زیست فناوری نوین

مقابله با آلودگی پلاستیک و سوخت‌های فسیلی در صنایع دارویی

آلودگی گسترده پلاستیک و اتکای زیاد به سوخت‌های فسیلی در تولید داروها، به عنوان دو چالش مهم زیست‌محیطی جهان مطرح هستند. در حرکتی پیشگامانه، پژوهشگران دانشگاه ادینبرو روشی جدید ارائه داده‌اند که همزمان این دو معضل را هدف قرار می‌دهد. آن‌ها با مهندسی باکتری اشریشیا کلی (E. coli)، توانسته‌اند پلاستیک‌های زائد را به داروی پرکاربرد استامینوفن (پاراستامول) تبدیل کنند.

پشتوانه علمی تبدیل زیستی پلاستیک به دارو

پلی‌اتیلن ترفتالات (PET)، پلاستیک رایجی که در بطری‌ها، بسته‌بندی‌های غذایی و منسوجات کاربرد دارد، سالانه بیش از ۳۵۰ میلیون تن زباله پلاستیکی در سطح جهان ایجاد می‌کند. معمولاً استامینوفن از مواد شیمیایی مشتق‌شده از سوخت‌های فسیلی تولید می‌شود که باعث تشدید نگرانی‌های زیست‌محیطی می‌گردد. تیم دانشگاه ادینبرو با بهره‌گیری از پیشرفت‌های زیست‌فناوری، توانسته‌اند باکتری E. coli را مهندسی کنند تا مولکول‌های تولیدشده از PET را به عنوان ماده اولیه سنتز دارو به کار گیرند.

در این فرآیند، ابتدا پلاستیک PET به صورت شیمیایی شکسته شده و به واحدهای مولکولی کوچک‌تر تبدیل می‌شود. محصولات واسط به دست آمده، توسط باکتری مهندسی‌شده متابولیزه شده و با استفاده از مسیرهای زیست‌سنتزی واردشده، به ترکیبات آلی نیتروژن‌دار تبدیل می‌شوند. با استفاده از کاتالیزگر فسفات و یک فرآیند زیست‌شیمیایی بهینه، سرانجام این ترکیبات به استامینوفن با بهره‌وری چشمگیر تبدیل می‌شوند.

راندمان و نوآوری‌های فناوری

از ویژگی‌های برجسته این روش می‌توان به زمان تبدیل سریع آن اشاره کرد: فرآیند تبدیل زیستی در طی ۲۴ ساعت، در دمای محیط و در شرایط آزمایشگاهی معمول انجام می‌شود، بدون نیاز به انرژی زیاد برای گرمایش یا سرمایش. همچنین، پژوهشگران موفق به دستیابی به بازده ۹۲ درصدی شده‌اند که نشان‌دهنده کارایی بالا و پتانسیل صنعتی شدن این تکنیک است.

در قلب این روش، از واکنش شیمیایی کلاسیک لوسن (Lossen rearrangement) که در قرن نوزدهم توسط شیمیدان آلمانی ویلهلم لوسن کشف شد، استفاده شده است. این واکنش برای تطبیق با زیست‌فناوری اصلاح شده و نشان‌دهنده همگرایی موفقیت‌آمیز شیمی آلی سنتزی با سامانه‌های زیستی است.

پیامدهای گسترده‌تر برای بازیافت و تولید دارو

استفاده از باکتری E. coli مهندسی‌شده می‌تواند مسیر را برای کاربردهای زیست‌محیطی نوین، فراتر از بازیافت PET هموار کند. با توجه به اینکه PET تنها یکی از انواع پلاستیک‌هایی است که محیط زیست را آلوده می‌کند، سازگاری این روش با سایر انواع پلاستیک یا حتی گونه‌های باکتری دیگر، می‌تواند تأثیر قابل توجهی بر مدیریت پسماند پلاستیکی و گسترش شیمی سبز داشته باشد.

دکتر استفن والاس، زیست‌فناور دانشگاه ادینبرو، تاکید می‌کند: «این پژوهش نشان داد که پلاستیک PET صرفاً آلاینده یا ماده اولیه برای تولید بیشتر پلاستیک نیست—میکروارگانیسم‌ها می‌توانند آن را به محصولات ارزشمند، از جمله داروهای مهم، تبدیل کنند.»

این فناوری، پیوند میان زیست‌شیمی طبیعی و ظرفیت نوآوری شیمی آلی سنتزی را نشان می‌دهد و الگویی برای راهکارهای پایدار در صنعت داروسازی ایجاد می‌کند. با ادامه تحقیقات و توسعه، چنین کارخانه‌های میکروبی نویدبخش آینده‌ای پاک‌تر، پایدارتر و مستقل‌تر از منابع غیرقابل تجدید برای تولید داروها خواهند بود.

جمع‌بندی

این پیشرفت نشان می‌دهد که زیست‌فناوری پیشرفته و شیمی سبز می‌توانند دست در دست هم در حل مشکلات زیست‌محیطی مؤثر باشند. تبدیل پلاستیک‌های زائد به داروی حیاتی مانند استامینوفن توسط باکتری مهندسی‌شده E. coli، نه‌تنها مانع ورود پلاستیک‌های مضر به خاک و اقیانوس‌ها می‌شود، بلکه فرآیند تولید دارو را از وابستگی به سوخت‌های فسیلی دور می‌کند. با توسعه این رویکرد، امکان بازیافت پایدار و سنتز داروهای سازگار با محیط زیست بیش از پیش قابل دسترس خواهد شد و الگویی نوین در تقاطع علم محیط زیست و سلامت انسان ایجاد می‌گردد.