Forskere har opdaget en hidtil ukendt måde, hvorpå nogle bakterier producerer det kemiske stof ethylen - et fund, der kan føre til nye måder at fremstille plast på uden brug af fossile brændstoffer.
Undersøgelsen, der blev offentliggjort i dag (27. august 2020) i tidsskriftet Science, viste, at bakterierne skabte ethylengas som et biprodukt af metabolisering af svovl, som de har brug for for at overleve.
Men den proces, som bakterierne bruger til at gøre det, kan gøre det meget værdifuldt i fremstillingen, sagde Justin North, hovedforfatter af undersøgelsen og forsker i mikrobiologi ved Ohio State University.
"Vi har muligvis knækket en stor teknologisk barriere for at producere en stor mængde ethylengas, der kunne erstatte fossile brændstoffer ved fremstilling af plast," sagde North.
"Der er stadig meget arbejde at gøre for at udvikle disse bakteriestammer til at producere industrielt betydelige mængder ethylengas. Men dette åbner døren."
Forskere fra Ohio State arbejdede på undersøgelsen sammen med kolleger fra Colorado State University, Oak Ridge National Laboratory og Pacific Northwest National Laboratory.
Ethylen er meget udbredt i den kemiske industri til at fremstille næsten al plast, sagde North. Det bruges mere end nogen anden organisk forbindelse i fremstillingen.
I øjeblikket bruges olie eller naturgas til at skabe ethylen. Andre forskere har opdaget bakterier, der også kan skabe kemikaliet, men der havde været en teknologisk barriere for at bruge det - behovet for ilt som en del af processen, sagde Robert Tabita, seniorforfatter af undersøgelsen og professor i mikrobiologi ved Ohio State.
"Oxygen plus ethylen er eksplosivt, og det er en stor hindring for at bruge det i fremstillingen," sagde Tabita, som er en Ohio Eminent Scholar.
"Men det bakteriesystem, vi opdagede til at producere ethylen, fungerer uden ilt, og det giver os en betydelig teknologisk fordel."
Opdagelsen blev gjort i Tabitas laboratorium i Ohio State, da forskere studerede Rhodospirillum rubrum-bakterier. De bemærkede, at bakterierne erhvervede det svovl, de havde brug for for at vokse fra methylthioethanol.
"Vi forsøgte at forstå, hvordan bakterierne gjorde dette, fordi der ikke var nogen kendte kemiske reaktioner for, hvordan dette foregik," sagde North.
Det var, da han besluttede at se, hvilke gasser bakterierne producerede - og opdagede, at ethylengas var blandt dem.
Samarbejde med kolleger fra Colorado State og de to nationale laboratorier, North, Tabita og andre Ohio State-kolleger var i stand til at identificere den hidtil ukendte proces, der frigjorde det svovl, som bakterierne havde brug for, sammen med det, North kaldte "det glade biprodukt" " af ethylen.
Det var ikke alt: Forskerne opdagede også, at bakterierne brugte dimethylsulfid til at skabe metan, en potent drivhusgas.
Al forskningen blev udført i laboratoriet, så det mangler at se, præcis hvor almindelig denne proces er i miljøet, sagde North.
Men forskerne har identificeret en situation, hvor denne nyopdagede proces med ethylenproduktion kan have konsekvenser i det virkelige liv.
Ethylen er et vigtigt naturligt plantehormon, der i de rigtige mængder er nøglen til planters vækst og sundhed. Men det er også skadeligt for plantevækst i store mængder, sagde undersøgelsens medforfatter Kelly Wrighton, lektor i jord- og afgrødevidenskab ved Colorado State University.
"Denne nyopdagede vej kan kaste lys over mange tidligere uforklarlige miljøfænomener, herunder de store mængder ethylen, der akkumuleres til hæmmende niveauer i vandlidende jord, hvilket forårsager omfattende afgrødeskader," sagde Wrighton.
Tilføjet nord: "Nu hvor vi ved, hvordan det sker, er vi muligvis i stand til at omgå eller behandle disse problemer, så ethylen ikke ophobes i jord, når der opstår oversvømmelser."
Tabita sagde, at denne forskning er resultatet af en lykkelig ulykke.
"Denne undersøgelse, der involverer samarbejdende forskning og ekspertise fra to universiteter og to nationale laboratorier, er et perfekt eksempel på, hvordan serendipite resultater ofte fører til vigtige fremskridt," sagde Tabita.
"Oprindeligt involverede vores undersøgelser et fuldstændigt ikke-relateret forskningsproblem, som tilsyneladende ikke havde nogen relation til resultaterne rapporteret her."
Mens de studerede rollen af et bestemt protein i bakteriers svovlmetabolisme, bemærkede forskerne, at en helt anden gruppe af proteiner også uventet var involveret. Dette førte til opdagelsen af nye metaboliske reaktioner og den uventede produktion af store mængder ethylen.
"Det var et resultat, vi ikke kunne forudsige om en million år," sagde Tabita.
"I erkendelse af ethylens industrielle og miljømæssige betydning, gik vi i gang med disse samarbejdsundersøgelser og opdagede efterfølgende et helt nyt komplekst enzymsystem. Hvem ville have troet det?"
Undersøgelsen blev støttet af Department of Energy's Office of Science, National Cancer Institute og National Science Foundation.
