Ένα φυσικό είδος βιοπλαστικού, που παράγεται από μικροοργανισμούς εδώ και εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, φαίνεται ότι μπορεί να αποτελεί όχι μόνο αποθήκη άνθρακα για τα βακτήρια, αλλά και πηγή τροφής για τα ζώα. Ερευνητές του Ινστιτούτου Max Planck για τη Θαλάσσια Μικροβιολογία στη Βρέμη ανακάλυψαν ένζυμα σε περισσότερα από 66 είδη ζώων, τα οποία μπορούν να διασπούν τα λεγόμενα πολυυδροξυαλκανοϊκά (PHA), φυσικά βιοπλαστικά που παράγονται από μικροοργανισμούς.
Τα PHA είναι ουσίες που πολλά βακτήρια και αρχαία παράγουν και αποθηκεύουν στο εσωτερικό των κυττάρων τους ως αποθέματα άνθρακα και ενέργειας για περιόδους έλλειψης θρεπτικών συστατικών. Μέχρι σήμερα θεωρούνταν ότι μόνο οι ίδιοι οι μικροοργανισμοί μπορούσαν να αξιοποιήσουν αυτά τα αποθέματα.
Η νέα μελέτη δείχνει, όμως, ότι και ζώα διαθέτουν τους απαραίτητους βιολογικούς μηχανισμούς για να διασπούν τα PHA και να χρησιμοποιούν τα προϊόντα της διάσπασης ως πηγή ενέργειας.
Η ανακάλυψη ξεκίνησε από έναν ιδιαίτερα ασυνήθιστο θαλάσσιο σκώληκα, το είδος Olavius algarvensis. Ο μικροσκοπικός αυτός οργανισμός έχει μήκος μόλις περίπου δύο εκατοστά και δεν διαθέτει ούτε στόμα ούτε έντερο ούτε όργανα αποβολής.
Ζει χάρη σε συμβιωτικά βακτήρια που βρίσκονται ακριβώς κάτω από το δέρμα του. Ο σκώληκας διατηρεί ουσιαστικά αυτούς τους βακτηριακούς «συγκατοίκους» στο σώμα του και τους αξιοποιεί ως τροφή όταν χρειάζεται ενέργεια.
Ένα από τα βακτήρια που συμβιώνουν με τον Olavius algarvensis αποθηκεύει μεγάλες ποσότητες άνθρακα με τη μορφή PHA. Αυτό οδήγησε τους ερευνητές στο ερώτημα αν ο σκώληκας έχει αναπτύξει έναν τρόπο ώστε να αξιοποιεί αυτή την ενεργειακά πλούσια αποθήκη. Η απάντηση ήταν θετική. Η ερευνητική ομάδα εντόπισε στον οργανισμό του σκώληκα ένα ένζυμο που διασπά τα PHA σε μικρότερα μόρια, τα οποία μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν από το ζώο.
Εξετάσεις υψηλής ανάλυσης έδειξαν ότι το συγκεκριμένο ένζυμο παράγεται ακριβώς στα σημεία όπου ο σκώληκας καταναλώνει τους συμβιωτικούς μικροοργανισμούς του. Το εύρημα αυτό ενισχύει την υπόθεση ότι ο Olavius algarvensis μπορεί να χρησιμοποιεί ως πηγή ενέργειας το PHA που παράγουν τα βακτήρια που ζουν μαζί του.
Η ερευνητική ομάδα προχώρησε στη συνέχεια σε αναζήτηση παρόμοιων ενζύμων σε γενετικά δεδομένα από ολόκληρο το ζωικό βασίλειο. Τα αποτελέσματα ήταν ιδιαίτερα εντυπωσιακά: συγγενικά ένζυμα εντοπίστηκαν σε περισσότερα από 66 είδη που ανήκουν σε εννέα διαφορετικές ζωικές συνομοταξίες.
Εργαστηριακά πειράματα επιβεβαίωσαν ότι ένζυμα από πολύ διαφορετικούς οργανισμούς, μεταξύ των οποίων ένας σπόγγος, ένας γαιοσκώληκας και ένα κολλέμβολο, μπορούν επίσης να διασπούν μικροβιακά PHA.
“Αυτή ήταν η πραγματική έκπληξη”, δήλωσε η Caroline Zeidler, πρώτη συγγραφέας της μελέτης. Όπως εξήγησε, η έρευνα ξεκίνησε από έναν και μόνο θαλάσσιο σκώληκα, αλλά τελικά ο ίδιος μηχανισμός εντοπίστηκε σε εντελώς διαφορετικές ομάδες ζώων.
Τα μικροβιακά PHA υπάρχουν σε ολόκληρο τον πλανήτη, στο έδαφος, στα ιζήματα και στα υδάτινα οικοσυστήματα. Οι μικροοργανισμοί τα παράγουν όταν διαθέτουν περισσότερο άνθρακα από όσο χρειάζονται άμεσα και τον αποθηκεύουν για μελλοντική χρήση. Πρόκειται, μάλιστα, για μία από τις λίγες κατηγορίες φυσικών πλαστικών που μπορούν να βιοδιασπαστούν πλήρως.
Η νέα μελέτη υποδεικνύει ότι στον φυσικό κύκλο του άνθρακα τα ζώα μπορεί να διαδραματίζουν μεγαλύτερο ρόλο από ό,τι είχε μέχρι σήμερα αναγνωριστεί. Μέσω των συγκεκριμένων ενζύμων μπορούν να αποκτούν πρόσβαση σε μια μικροβιακή αποθήκη άνθρακα που θεωρούνταν μέχρι τώρα διαθέσιμη κυρίως στους ίδιους τους μικροοργανισμούς.
«Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι αυτά τα μικροβιακά αποθέματα δεν αποτελούν τροφή μόνο για τους μικροοργανισμούς», ανέφερε η Maggie Sogin, μία από τις ερευνήτριες της μελέτης. «Το βιοπλαστικό μπορεί να αποτελεί τροφή και για τα ζώα, πιθανότατα εδώ και εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, και μόλις τώρα το ανακαλύπτουμε».
Οι ερευνητές δεν γνωρίζουν ακόμη σε ποιο βαθμό η διάσπαση των PHA από τα ζώα συμβάλλει πραγματικά στον παγκόσμιο κύκλο του άνθρακα. Η ανακάλυψη, ωστόσο, προσφέρει νέα στοιχεία για τη σύνθετη σχέση μεταξύ μικροοργανισμών και ζώων και δείχνει ότι οργανισμοί που μέχρι σήμερα είχαν ελάχιστα μελετηθεί μπορούν να αποκαλύψουν απρόσμενες βιολογικές λειτουργίες.
Τα PHA παρουσιάζουν ενδιαφέρον και από τεχνολογική και περιβαλλοντική άποψη. Εκτός από φυσικά αποθέματα άνθρακα των μικροοργανισμών, χρησιμοποιούνται ήδη για την παραγωγή βιοδιασπώμενων πλαστικών. Σε βιομηχανική κλίμακα, βακτήρια καλλιεργούνται σε μεγάλους ζυμωτήρες και τροφοδοτούνται με σάκχαρα, άμυλο ή φυτικά έλαια. Υπό κατάλληλες συνθήκες αποθηκεύουν μεγάλες ποσότητες PHA, τα οποία στη συνέχεια μετατρέπονται σε υλικά με ιδιότητες παρόμοιες με εκείνες των πλαστικών.
Τα πλαστικά PHA είναι εύπλαστα, σχετικά ανθεκτικά στο νερό και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολλές εφαρμογές. Αξιοποιούνται, μεταξύ άλλων, σε συσκευασίες τροφίμων και προϊόντα υγιεινής. Στη γεωργία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή μικροκαψουλών που περιέχουν λιπάσματα και απελευθερώνουν σταδιακά το περιεχόμενό τους καθώς το υλικό αποδομείται. Στην ιατρική, τα PHA μελετώνται και χρησιμοποιούνται για επιδέσμους τραυμάτων, συστήματα ελεγχόμενης απελευθέρωσης φαρμάκων, καθώς και για απορροφήσιμα εμφυτεύματα και ράμματα που διαλύονται σταδιακά μέσα στον οργανισμό.
Ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα των PHA είναι ότι μπορούν να ενταχθούν σε έναν βιολογικό κύκλο: παράγονται από μικροοργανισμούς και μπορούν στη συνέχεια να αποδομηθούν βιολογικά. Παρά τα πλεονεκτήματά τους, εξακολουθούν να καταλαμβάνουν μικρό μέρος της παγκόσμιας αγοράς βιοπλαστικών. Η αυξανόμενη ζήτηση για βιοδιασπώμενα και βιοβασισμένα υλικά, ωστόσο, ενδέχεται να ενισχύσει σημαντικά την παραγωγή και τη χρήση τους τα επόμενα χρόνια.
Προσθέστε το iatronet.gr στο Discover
Ειδήσεις υγείας σήμερα
Ο Ελληνικός Ερυθρός Σταυρός στην πρώτη γραμμή στο πύρινο μέτωπο της Σαλαμίνας
Το Βιετνάμ στοχεύει σε φυσική αναλογία φύλων κατά τη γέννηση έως το 2035
Παρενέργειες από τις ενέσεις αδυνατίσματος – Η Nestlé “βλέπει” αγορά δισεκατομμυρίων
