„Polimery produkowane przez zestresowane bakterie” – felieton

W tytule dzisiejszego felietonu aż trzy słowa kojarzą się negatywnie. Po pierwsze polimery. Wszystkie plastikowe wyroby są zrobione właśnie z polimerów a mamy z nimi coraz więcej kłopotów, bo sterty plastikowych śmieci są wielkim problemem ekologicznym. No więc słowo „polimer” traktujemy bardzo podejrzliwie!

Po drugie bakterie. Wywołują choroby, więc trudno je lubić!

No i na koniec stres. To przecież też nic miłego!

Tymczasem te wszystkie negatywne skojarzenia są – w odniesieniu do tego, o czym chcę napisać – całkowicie nietrafne.

Po pierwsze polimery. Rzeczywiście, wszechobecne plastiki są polimerami. Ale polimerem jest też skrobia, czyli zasadniczy składnik mąki. Czy mamy nie lubić chrupiących bułeczek?

Po drugie bakterie. Niektóre są rzeczywiści chorobotwórcze, ale stanowią one maleńką cząstkę ich ogromnej masy. W jednym gramie gleby jest 40 milionów bakterii, w jednym mililitrze wody jest ich około miliona, w organizmie każdego z nasz jest ich ponad 2 kg i są pomocne między innymi w procesie trawienia. Tak więc zachowując ostrożność (mycie rąk!) nie możemy potępiać wszystkich bakterii, bo to one zapewniają zamknięty obieg wielu pierwiastków w przyrodzie (między innymi niszczą organiczne śmieci).

No i na koniec stres. Nikomu z Państwa go nie życzę, ale będziemy tu mówili o stresowaniu bakterii, a nie ludzi, więc może się tym nie martwmy.

Jak połączyć te trzy elementy wymienione w tytule?

Nad tym pracują naukowcy w krakowskim Instytucie Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN. Instytut ten z wielu względów darzę wielką sympatią, między innymi dlatego, że nosi on obecnie imię profesora Jerzego Habera, a ja byłem jego następcą na stanowisku Prezesa Krakowskiego Oddziału Polskiej Akademii Nauk.

We wskazanym Instytucie dr hab. Maciej Guzik opracował metodę wytwarzania polimerów za pomocą bakterii. Wytwarzane polimery noszą nazwę polihydroksyalkanianów (PHA) i mają jedną bardzo korzystną cechę: są biodegradowalne, to znaczy po pewnym czasie same się rozkładają. Można więc sobie wyobrazić, że robimy grilla i wszystkie plastikowe przedmioty (kubki, talerze, widelce) mamy zrobione z PHA. Wszyscy dobrze się bawią, a plastikowe przedmioty wyrzucają do pojemnika bio, który trafia do przemysłowego kompostownika. Po około 3 miesiącach te plastikowe śmieci same się rozłożą i jeszcze dostarczą cenny nawóz!

Życie niestety nie składa się z samych tylko przyjęć na wolnym powietrzu, więc owe polimery PHA można użyć także w innych celach. Są one bowiem nie tylko biodegradowalne, ale i biozgodne. To znaczy, że jeśli z takiego tworzywa zbudujemy implant – na przykład fragmentu kości – to organizm człowieka nie będzie takiej protezy odrzucał (brak reakcji immunologicznej), a po pewnym czasie zintegruje się z naszym organizmem. Ponieważ PHA zbudowany jest z kwasów tłuszczowych, więc gdy się rozpuszcza – dostarcza do organizmu wartościowego składnika odżywczego! Co więcej, taka wstawiona do ciała człowieka proteza wykonana z PHA może być nasycona lekiem, który będzie z niej stopniowo uwalniany – dokładnie w miejscu, w którym jest potrzebny.

Z PHA można też robić samorozpuszczalne nici chirurgiczne, opatrunki na rany, które przyspieszają gojenie i wiele innych wyrobów, które zdecydowanie przydadzą się w medycynie.

Przekonawszy się, że PHA jest tworzywem pożytecznym, dowiedzmy się, w jaki sposób można go produkować?

Otóż nie trzeba go produkować, bo wytworzą go nam bakterie. Naukowcy w Instytucie Katalizy i Fizykochemii Powierzchni PAN prowadzą hodowlę odpowiednich szczepów bakterii. Umieszczają je w fermentorach, dobrze żywią i prowadzą do masowego ich rozmnażania. Do hodowli wybierane są te bakterie, które wytwarzają granulki PHA pod wpływem stresu.

No dobrze, ale jak zestresować bakterie? Stresowanie przeciwników politycznych nieźle nam wychodzi, da się też zestresować psa czy kota – ale bakterie?

Otóż źródłem stresu jest gwałtowny niedobór jednego ze składników odżywczych, które bakteriom są potrzebne do życia i rozmnażania. Początkowo mają wszystkiego w bród i dziarsko się rozmnażają, a tu nagle człowiek zakręca kranik i zapanowuje głód!

Bakterie przez miliony lat ewolucji nauczyły się walczyć z głodem poprzez tworzenie w swoich ciałach zapasów. U ssaków taką substancją zapasową jest tłuszcz. Gromadzą go w swoich ciałach zwierzęta spędzające zimę w stanie hibernacji – na przykład niedźwiedzie. Natomiast dla bakterii taką substancją zapasową jest właśnie polimer PHA. Wewnątrz komórek zestresowanych bakterii formują się więc małe kuleczki PHA. Bywa, że stanowią one 90% masy ciała bakterii! Wystarczy je wydobyć odpowiednim rozpuszczalnikiem i już ma się gotowy produkt.

Wykaz wszystkich publikacji popularnonaukowych prof. Tadeusiewicza wraz z odnośnikami do ich pełnych wersji