Geneticky upravené bakterie přeměňují bramborový škrob na biologicky rozložitelný bioplast
2.11.2026 | Petr Žák
Tým výzkumníků z Barcelonské univerzity pod vedením Pera Picarta představil v časopise Bioresource Technology metodu přímé výroby biologicky rozložitelného bioplastu z bramborového škrobu během 24 hodin. Klíčem k tomuto výsledku je geneticky upravená bakterie Bacillus subtilis, která dokáže přeměňovat škrob na přírodní polymer polyhydroxybutyrát (PHB). Nový postup by mohl přispět k ekonomičtější výrobě alternativ ke konvenčním plastům.
Běžné petrochemické plasty představují významnou environmentální zátěž. PHB patří mezi přírodní mikrobiální polyestery, které jsou biologicky rozložitelné, za vhodných podmínek i v mořském prostředí. Jejich širšímu průmyslovému využití však brání především vysoké výrobní náklady, související mimo jiné s cenou uhlíkatých substrátů a jejich zpracováním. Výzkumníci proto využili relativně levný bramborový škrob (orientační cena 0,2 €/kg oproti přibližně 0,5 €/kg u glukózy), který nevyžaduje samostatnou enzymatickou hydrolýzu před fermentací.
Dříve připravené geneticky modifikované kmeny Bacillus subtilis akumulovaly zpravidla méně než 13 % PHB v sušině buněk. Vědci proto využili metodu CRISPR-Cas9 k cílené úpravě bakteriálního genomu a optimalizaci biosyntézy PHB.
Do genomu začlenili gen amyQ z Bacillus amyloliquefaciens, kódující enzym α-amylázu. Bakterie díky tomu účinně vylučuje enzym do prostředí a štěpí škrob na kratší sacharidy, zejména maltózu a maltodextriny, které následně využívá jako zdroj uhlíku. V laboratorních podmínkách došlo k hydrolýze škrobu během prvních 12 hodin fermentace. Škrob byl před kultivací sterilizován autoklávováním, které ale současně usnadnilo jeho enzymatické štěpení.
Zavedení a optimalizace exprese biosyntetických genů phaA a phaRBC, spolu s expresí genu phaP, kódujícího protein phasin, umožnily účinnou syntézu PHB a jeho ukládání ve formě intracelulárních granulí. Přítomnost phasinu významně zvýšila množství polymeru akumulovaného v buňkách.
Během 24hodinové jednokrokové fermentace dosáhl výsledný kmen B. subtilis BS4 akumulace PHB odpovídající 51,8 % suché hmotnosti buněk, s koncentrací 5,8 g/L PHB a celkovou biomasou 11,3 g/L. Získaný polymer vykazoval vysokou čistotu a vlastnosti srovnatelné s komerčním PHB, včetně molekulové hmotnosti a tepelného chování. Jeho teplota tání dosahovala 170,5 °C a maximální rychlost tepelného rozkladu nastávala při 285 °C.
Výhodou Bacillus subtilis je také absence lipopolysacharidových endotoxinů typických pro gramnegativní bakterie. To může usnadnit získávání vysoce čistého polymeru pro potenciální využití v medicíně nebo při výrobě potravinářských obalů, ačkoli bezpečnost konkrétních výrobků bude vyžadovat další ověření.
Technologie byla zatím ověřena pouze v laboratorním měřítku a její průmyslové využití bude vyžadovat další optimalizaci. Výsledky však ukazují, že geneticky upravený Bacillus subtilis představuje perspektivní systém pro výrobu biologicky rozložitelných plastů z levných škrobnatých surovin, případně i z jejich odpadních zdrojů.
Zdroje: