Бактериядан – биопластик

Рас, әлемде биопластик нарығы әлдеқашан дамыған. Биопластик өсімдік майлары мен жүгері крахмалы, сабан, ағаш үгінділері мен жоңқа, өңделген тамақ қалдықтары және тағы басқа сияқты қайта қалпына келетін биомасса көздерінен алынған пластикалық материалдар. Пластмассалар, мысалы, мұнайдан (оны кейде бензин полимерлері деп те атайды) немесе табиғи газдан жасалады. Биопластиканы алу барысында әдетте қант туындылары, соның ішінде крахмал, целлюлоза және сүт қышқылы қажет болады. 2014 жылғы жағдай бойынша биопластика әлемдік полимер нарығының шамамен 0,2 пайызын құрады.

Қазақ Ұлттық университетінің ғалымдары жаңадан ашқан микроағзалар, оның ішінде бактериялар толық ыдырайтын биологиялық пластик өндіреді.

«Біз полигидроксибутират бөліп шығаратын бактерияларды алдық. Ол өз алдына бөлек бір процедура. Бұл микроағзалар түрлеріне қарай суда толық немесе жартылай еритін заттарды синтездей алады. Түптеп келгенде біз анықтаған бактериялар бөлетін пластик суда толығымен ериді. Оның да өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар. Бастапқыда бізде биопластикті қазіргі пластик ыдыстарға балама ретінде пайдалану туралы ойымыз болды. Сонымен бірге біз анықтаған бактериялар бөліп шығаратын биопластиктің микробтарға қарсы қасиеті бары анықталды. Оның ішінде Staphylococcus aureus секілді бактерияға қарсы тұруға қауқарлы. Бұл бактерияның әсерінен шырышты қабық пен тері қабынып, іріңді жаралар пайда болады. Сондықтан қазіргі таңда медициналық бағытта пайдалануға жарайтын патч, пластырь мен гельдер жасауды жоспарлап отырмыз. Егер оны медицинада қолданатын болса, онда бұл микроағзалар патогенділіктің қай класына жататынын анықтау қажет болады», – дейді биотехнолог маман Людмила Игнатова.

Қазіргі кезде жастар мен жасөспірімдер арасында бет терісіне шығатын безеулер мен жалпы тері аурулары белең алуда. Ғалым оның да негізгі қоздырушысы Staphylococcus aureus болуы мүмкін екенін айтады. Мұндай жағдайда биопластик негізінде жасалған гельді жергілікті қолдану арқылы біршама дерттің дауасын табуға болады. Бірақ ол үшін көптеген сынақтар жүргізілуі қажет. Ал әзірге ғалымдар сол затты өндіруге қатысатын микроағзаларды идентификациялау жұмыстарын жүргізуде. Игнатованың айтуынша, бұл бактериялар Pseudomonas және Bacillus өкіліне жатады. Қазіргі таңда патент алу үшін құжат рәсімделуде.

Микроағзалар арқылы биопластик алу процесі қалай жүзеге асырылады? 

«Ол үшін бактерияларды өсіреміз, ал олар өсінді сұйықтығын синтездейді және біз бұл сұйықтықты биотехнологиялық әдістермен өсіреміз және тұндырамыз. Сол өсінді сұйықтығынан пластик шығарамыз. Әзірге мұның барлығы лабораторияда жасалған сынақтардың нәтижесі, сондықтан мөлшері де аз. Бірақ ғылыми еңбектерге сүйенер болсақ, аталмыш бактериялардың потенциалы өте жоғары және ауқымын кеңейтіп, өндірістік деңгейде шығаруға болады. Бірақ ең бірінші мұны қай салада қолдануға болатынын анықтап алу қажет. Осы бағытта химия ғалымдарымен бірге зерттеулер жүргізуді жоспарлап отырмыз. Бұл мамандар бізге биопластиктің құрамын толық зерттеуге қолғабыс етеді», – дейді ғалым.

Маманның айтуынша, биопластик жинақталуы үшін микроағзалар өмір сүретін ортаға белгілі бір қоректік компоненттер қосылады. Өте қымбатқа түсетін технологияның қажеті жоқ.

«Алдағы уақытта өндірістік немесе тұрмыстық қалдықтарды пайдалану жолдарын қарастыратын боламыз. Өйткені жоғарыда айтып өткен псевдомонадтар әртүрлі органикалық заттарды утилизациялап, қалдықтармен қоректену арқылы өсіп, көбейеді. Демек, ойымыз жүзеге асса, қалдықтарды пайдалану арқылы биопластик алуға болады. Бірақ әзірге мұның барлығы уақыттың еншісінде. Ең бастысы, біз биопластик жасап шығара алатын ешкімде жоқ штамдарды алдық», – дейді Людмила Игнатова.

Тағы бір айта кетерлігі – биопластикті Қазақстанда өндірістік ауқымда шығаруға ешқандай кедергі жоқ. «Өйткені оған биореактор мен қоректік орта және біз анықтаған штамм болса жеткілікті. Біз оны таптық, идентификацияладық, иә, ол биопластик бөліп шығарады. Енді оның өндірісі жолға қойылса, мұнайды үнемдей аламыз. Бұл – расымен де, тамаша идея» дейді ғалымдар. Бірақ бірінші өсіндінің патогендігін анықтап, оны әлемдік немесе республикалық микроағзалар топтамасына ұсыну қажет.

Биопластик алу туралы идея әу баста қарапайым пластикті ыдыратудың жолдарын іздеу арқылы келген екен. Игнатованың айтуынша, бастапқыда ғалым пластикті деградациялайтын бактерияларды зерттеген.

«Бірақ, көптеген қиындықтар туындады, осы бағыттағы әдебиеттерге зер сала келе, табиғи пластик жасап шығаратын бактериялардың болатынын аңғардық. Оның түрлері өте көп. Ыдыс-аяқтан бөлек, протездер, импланттар жасауға жарамды, суда ерімейтін түрлері де кездеседі. Яғни, қандай бактерия өндіретініне қарай биопластиктердің де қасиеті, құрылымы, беріктігі өзгеріп отырады. Зерттей келе, мұндай микроағзаларды қалай алуға болатынын анықтап, өзіміз осы штамды бөліп шығардық. Таң қалғанымызды жасырмаймын. Әрине, біздің пластик өз пішінін сақтап қалу үшін оған кең қолданысқа ие болып отырған пластификатор қосылады. Бірақ, биопластиктің көмегімен ол да әдеттегіден тезірек ыдырайды», – дейді Игнатова.

Қазіргі кезде ыдыс-аяқ, асүй құралдары, кастрюльдер, тостағандар және түтікшелер сияқты бір рет қолданылатын заттар осы биопластиктен жасалып жүр. Тіпті осы бағытта бірнеше коммерциялық қосымшалар бар. Негізінде, олар мұнайдан алынған пластмассаларды алмастыра алады, бірақ құны мен өнімділігі мәселе туындатып отыр. Шын мәнінде оларды пайдалану қаржылық жағынан тиімді болу үшін қарапайым пластмассаны қолдануды шектейтін арнайы ережелер немесе заң қажет. Мысалы, 2011 жылдан бастап Италияда арнаулы заң бекітілді. Оған сәйкес, дүкендерде биопакеттер мен шопперлер қолдануға міндетті. Тіпті электр тогын беру үшін электроактивті биопластиктер де әзірленуде. 

Биопластик пен биоқоспалардан тұратын қарапайым пластиктер әртүрлі қоршаған орта жағдайларында, соның ішінде топырақ, су және компост, яғни тыңайтқышта толық ыдырауға қабілетті. Сондықтан олар қарапайым пластмассаларға қарағанда қолайлы. Сондай-ақ биополимердің немесе биокомпозиттің құрылымы мен құрамы да биологиялық ыдырау процесіне әсер етеді. Топырақта алуан түрлі микроағзалар бар, бұл биопластиктердің биодеградациясын жеңілдетеді. Алайда топырақ ортасындағы биопластика деградациясы үшін жоғары температура және ұзақ уақыт қажет.