نجح فريق بحثي في الكيمياء الحيوية بجامعة نبراسكا-لنكولن الأمريكية في تعديل بكتيريا منتجة للميثان باستخدام تقنية الهندسة الوراثية، ليتمكن من إنتاج مكون كيميائي أساسي للمطاط الصناعي — الإيزوبرين (isoprene) — بكفاءة عالية، مستخدماً مركبات موجودة في مياه الصرف الصحي كمادة خام. يوفر هذا البحث مساراً تكنولوجياً بيولوجياً جديداً لاستبدال المواد الخام المستخلصة من النفط في إنتاج المطاط.
حالياً، يتم إنتاج حوالي 800 ألف طن من الإيزوبرين سنوياً على مستوى العالم بشكل أساسي من خلال التكرير البتروكيماوي. ولتقليل الاعتماد على المواد الخام الأحفورية، يبحث العلماء منذ فترة طويلة عن طرق إنتاج متجددة بديلة. اختار البروفيسورة نيكول بوان (Nicole Buan) وفريقها نوعاً من البكتيريا المنتجة للميثان يُدعى Methanosarcina acetivorans، وقاموا بزرع جينات نباتية فيه ليتمكن من إطلاق غاز الإيزوبرين أثناء عملية التمثيل الغذائي. وصف عضو الفريق شون كار (Sean Carr) العملية قائلاً: "هذا يشبه جعل الكائن الدقيق 'يتنفس' مادة خام المطاط".
مقارنة بالتقنيات البيولوجية التقليدية التي تعتمد على السكريات كمادة خام، يمكن لهذه البكتيريا المعدلة أن تنمو باستخدام مركبات مثل الميثانول الموجودة في مياه الصرف الصحي، مما يتيح إنتاج الإيزوبرين معالجة مياه الصرف في الوقت نفسه، دون الحاجة إلى الإضاءة أو وجود الأكسجين. أظهرت البيانات التجريبية أن إنتاجية الإيزوبرين لهذا السلالة أعلى بـ179 مرة مقارنة بالبكتيريا الهندسية التي تعتمد على الغلوكوز، دون التأثير على نموها أو تمثيلها الغذائي.
أظهرت الدراسة أن هذه العملية البيولوجية لا تقلل فقط من انبعاثات الكربون الناتجة عن الإنتاج البترولي التقليدي، بل قد تقلل أيضاً من الاعتماد طويل الأمد على المواد الخام النفطية. وقالت البروفيسورة بوان: "البكتيريا المنتجة للميثان لديها أكبر إمكانية لتطوير تقنيات مستدامة، تغير فعلياً احتياجاتنا المناخية والطاقية". وبما أن البكتيريا المنتجة للميثان مستخدمة على نطاق واسع بالفعل في مرافق معالجة مياه الصرف الصحي وإنتاج الوقود الحيوي، فإن دمج وظيفة استرجاع الإيزوبرين يتمتع بإمكانيات صناعية جيدة للتكامل.
يعمل الفريق حالياً على تحسين أداء السلالة البكتيرية لرفع كفاءة التحويل. يُظهر هذا البحث إمكانية تطوير مسارات بديلة للبتروكيماويات من خلال علم الأحياء التركيبي، ويوفر اتجاهاً بحثياً جديداً للتصنيع الأخضر للمطاط وغيره من المواد.