به گزارش اطلاعات آنلاین، دانشمندان مخمری را مهندسی کردهاند تا پلاستیک PET و ضایعات کشاورزی را به مواد اولیه برای چاپ سه بعدی کلوچه های غنی از پروتئین به نام «µBites» تبدیل کنند. این سیستم که تا حدودی برای چالش غذای فضای عمیق ناسا توسعه یافته است، میتواند پروتئین، چربی، ویتامین و حتی طعم دهنده وانیل را از مواد زائد تولید کند. محققان امیدوارند که این فناوری غیرمعمول در نهایت بتواند به رفع آلودگی پلاستیک و ناامنی غذایی کمک کند، ضمن اینکه در محیطهای سخت مانند ماموریتهای فضای عمیق نیز غذا تأمین کند.
بطریهای پلاستیکی و کلوچهها ممکن است هیچ وجه اشتراکی نداشته باشند، اما محققان در حال یافتن راهی برای ارتباط این دو هستند. دانشمندان با مهندسی مخمر، سیستمی را توسعه دادهاند که میتواند ترکیبات حاصل از ضایعات پلاستیکی و کشاورزی را به پروتئینهای خوراکی، ویتامینها، طعمدهندهها و سایر مواد غذایی تبدیل کند.
این رویکرد میتواند راهی جدید برای استفاده مجدد از ضایعات دشوار فراهم کند و در عین حال به تولید غذا در مکانهایی که منابع متعارف محدود هستند نیز کمک کند. کاربردهای بالقوه از مناطق فاجعهزده روی زمین تا ماموریتهای انسانی در اعماق فضا متغیر است.
تبدیل ضایعات پلاستیکی به غذا
آلودگی پلاستیکی و ناامنی غذایی دو چالش بزرگ جهانی هستند و محققان دانشگاه ایلینوی جنوبی (SIU) در کاربوندیل در حال بررسی این موضوع هستند که آیا یک مشکل میتواند به حل مشکل دیگر کمک کند یا خیر. هدف آنها استفاده از میکروارگانیسمها برای تبدیل مواد زائد به غذایی است که مردم بتوانند با خیال راحت آن را بخورند.
این تحقیق از یک پروژه به سرپرستی ناسا نشأت گرفت که بر تولید غذا در شرایط محدود منابع اکتشافات فضایی عمیق متمرکز بود، جایی که فضانوردان نمیتوانند به محمولههای منظم از زمین وابسته باشند.
هدف اصلی، «پلیاتیلن ترفتالات» (PET)، یک پلاستیک پرکاربرد است که در محصولاتی مانند بطریهای نوشابه و آب یافت میشود. PET حاوی مولکولهای غنی از کربن است که میتوانند به طور بالقوه تجزیه شده و به ترکیبات مفید مانند پروتئین تبدیل شوند.
مهندسی مخمر به عنوان کارخانههای کوچک غذا
استفاده از میکروارگانیسمها برای تولید مواد مفید از قبل به خوبی تثبیت شده است. به عنوان مثال، مخمر را میتوان از نظر ژنتیکی برای تولید مولکولهای ارزشمند برنامهریزی کرد. انسولین که زمانی از پانکراس حیوانات به دست میآمد، اکنون میتواند با استفاده از میکروبهای مهندسی شده ساخته شود.
پژوهشگران چندین نوع مخمر از جمله مخمر نانوایی را برنامهریزی کردند تا مولکولهای مشتق شده از پلاستیک و پسماندهای کشاورزی را گرفته و آنها را به پروتئینها، ویتامینها و ترکیبات طعمدهنده تبدیل کنند.
با این حال، قبل از اینکه مخمر بتواند از این مواد استفاده کند، زبالهها باید به قطعات قابل کنترلتری تقسیم شوند.
محققان پلاستیک PET، ساقهها و برگهای ذرت دور ریخته شده و سایر زیستتودهها را با استفاده از یک تکنیک اختصاصی به نام ««انحلال هیدروترمال اکسیداتیو» پردازش کردند. این فرآیند که توسط یک استاد زمینشناسی توسعه داده شد؛ به این ترتیب که آب و اکسیژن را تحت دما و فشار بالا ترکیب کرد تا مواد مقاوم را به ترکیباتی که میکروبها میتوانند به آنها دسترسی داشته باشند، تجزیه کند. سپس این مولکولهای کوچکتر توسط مخمر مهندسی شده تغذیه میشوند. میکروارگانیسمها آنها را به اجزای غذایی جدید، از جمله پروتئینها، چربیها و اسیدها تبدیل میکنند.
از مواد زائد تا کوکیهای چاپ سهبعدی
پس از تولید مواد اولیه مشتق شده از مخمر، محققان آنها را با فیبر، نشاسته و شیرینکننده ترکیب میکنند. سپس این مخلوط از طریق یک چاپگر سهبعدی برای ایجاد کوکیهای غنی از پروتئین بهµBites (میکروبایت) عبور داده میشود.
دادههای موجود نشان میدهد که µBites برای خوردن بیخطر است؛ اگرچه محققان هنوز منتظر تأیید نهادی قبل از انجام آزمایشهای رسمی طعم هستند.
در حال حاضر، شرکتکنندگان کوکیها را بر اساس عطر آنها ارزیابی کردهاند. اکثر آنها گفتند که در شرایطی که منابع غذایی کمیاب است، مایل به خوردن µBites هستند.
محققان همچنین در تلاشند تا کوکیها را برای افرادی که انتخابهای غذایی دیگری دارند، جذابتر کنند.
مخمر نانوایی اکنون میتواند طعم وانیل را از زیست توده گیاهی تولید کند. یک سویه دیگر مخمر میتواند از اتیلن گلیکول مشتق شده از PET برای تولید بتاکاروتن استفاده کند که بدن انسان میتواند آن را به ویتامین A تبدیل کند.
ساخت کوکی بیشتر از میکروبها
این تیم در نهایت میخواهد میکروبها مواد بیشتری از مواد مورد نیاز برای µBites تولید کنند. این شامل نشاسته، فیبر و شیرینکنندهای است که در حال حاضر باید جداگانه اضافه شوند.
آنها امیدوار هستند که کوکیها بتوانند ظرف چند سال آینده برای مصرف عمومی آماده شوند. فراتر از استفاده روزمره روی زمین، این فناوری میتواند به ویژه در محیطهایی ارزشمند باشد که حمل یا تحویل مقادیر زیادی غذا دشوار است. مکانهای احتمالی شامل زیردریاییها، مناطق فاجعهزده و در نهایت سکونتگاههای انسانی در ماه یا مریخ است.
محققان همچنین این فناوری را به عنوان یک پاسخ احتمالی به فشار فزاینده بر عرضه جهانی غذا میبینند.
انتظار میرود تقاضای جهانی غذا تا سال ۲۰۵۰، ۳۵ تا ۵۶ درصد افزایش یابد و حدود ۳۰ درصد از جمعیت جهان در آینده در معرض خطر گرسنگی قرار خواهند گرفت. به نظر پژوهشگران، راه مقابله با این مشکل، استفاده از میکروبها است.
محققان نتایج خود را در نشست پاییزی انجمن شیمی آمریکا (ACS) در سمپوزیوم "تحقیقات کارشناسی و کارشناسی ارشد در بیوشیمی و زیستشناسی شیمیایی" (Undergraduate and Graduate Research in Biochemistry and Chemical Biology) در McCormick ارائه کردند.