https://bezpecnostpotravin.cz/geneticky-vytvorene-rasy-zachytavaji-mikroplasty-z-vody/

Vydáno: 9. 3. 2026
Autor: BIOTRIN
https://bezpecnostpotravin.cz/files/2024/08/plasty-v-mori_orez_lista-300x145.jpg 300w, https://bezpecnostpotravin.cz/files/2024/08/plasty-v-mori_orez_lista-768x372.jpg 768w" alt="" width="908" height="440" class="wp-image-70907" style="box-sizing: border-box; height: auto; max-width: 100%; border: 0px; display: inline-block; vertical-align: bottom; contain-intrinsic-size: 3000px 1500px;" loading="lazy" decoding="async" />
Foto: Shutterstock

Mikroplasty se v posledních letech staly téměř všudypřítomnou součástí našeho světa. Nacházíme je v půdě, oceánech, říčních sedimentech i v ovzduší, a stále častěji také v tělech živočichů a lidí. Už nejde jen o problém vzdálených moří. Drobné plastové částice pronikají do potravních řetězců i do každodenního prostředí, ve kterém žijeme.

Významným „rezervoárem“ mikroplastů je voda. Obsahují je oceány, řeky, jezera i odpadní vody z domácností a průmyslu. Moderní čistírny dokážou zachytit větší plastové úlomky, avšak s částicemi o mikroskopické velikosti si většinou poradí jen omezeně. Tyto fragmenty proto často procházejí čistírenskými procesy dál, do povrchových i podzemních vod a potenciálně i do zdrojů pitné vody. Hledání metody, která dokáže mikroplasty z vody odstranit účinně a zároveň ekonomicky udržitelně, patří k důležitým výzvám současného environmentálního výzkumu.

Jedno z inovativních řešení představil výzkumný tým z Texas A&M University. Vyvinul technologii RUMBA (angl. Remediation and Upcycling of Microplastics by Algae), která propojuje čištění vody s výrobou bioproduktů. Základem systému jsou geneticky upravené sinice druhu Synechococcus elongatus (kmen UTEX 2973), známé svým rychlým růstem a vysokou fotosyntetickou aktivitou. Důležitým bezpečnostním aspektem je, že tento kmen netvoří mikrocystiny, tj. toxiny produkované některými jinými sinicemi.

Pomocí nástrojů syntetické biologie vědci upravili metabolismus buněk sinic tak, aby produkovaly cyklický terpen limonen. Tato látka je přirozeně hydrofobní (odpuzuje vodu) a běžně ji známe například z citrusových silic. Limonen se hromadí na povrchu buněk a výrazně zvyšuje jejich hydrofobicitu. Upravené buňky, označované jako HCC (angl. Hydrophobic Cyanobacteria Cells), tak získávají silnou afinitu k jiným hydrofobním materiálům.

Mechanismus odstranění mikroplastů je překvapivě elegantní. Mikroplasty jsou většinou rovněž hydrofobní, a proto se snadno vážou na povrch upravených sinic. Dochází k rychlé agregaci. Buňky s navázanými plastovými částicemi vytvářejí shluky, které následně sedimentují. Současně se mění i elektrický náboj buněčného povrchu (tzv. zeta potenciál), což omezuje elektrostatické odpuzování mezi buňkami a podporuje tvorbu agregátů. Výsledkem je rychlé a efektivní oddělení mikroplastů z vody.

Účinnost procesu byla potvrzena jak v laboratorních podmínkách, tak v reálných vzorcích odpadních vod. U polystyrenových (PS) částic o velikosti 500 a 800 nanometrů dosahovala účinnost odstranění přibližně 90 %, u menších částic (200 nm) kolem 80 %. V experimentálním fotobioreaktoru se během osmi dnů podařilo odstranit až 89 % mikroplastů při současně vysoké produkci biomasy. Na základě stejného mechanismu vědci prokázali schopnost HCC zachycovat i další typy plastů, například polyethylentereftalát (PET) a polyethylen (PE). Význam hydrofobních interakcí potvrdil experiment s detergentem Tween 20, po narušení hydrofobních vazeb se agregáty rozpadaly a zákal vody výrazně vzrostl.

Technologie RUMBA však řeší více problémů současně. Sinice během růstu aktivně odstraňují z vody přebytečné živiny, jako jsou dusičnany, amoniak a fosforečnany. Ty jsou hlavní příčinou eutrofizace, což je proces vedoucí k přemnožení řas a sinic, poklesu koncentrace kyslíku a zhoršení kvality vody. V testech s reálnými vzorky odstranily modifikované sinice téměř veškerý amoniak a významnou část dusičnanů i fosfátů. Čištění vody od mikroplastů tak probíhá současně s jejím „odlehčením“ od živin.

Zásadní přínos technologie spočívá také v tom, že vzniklá směs biomasy a zachycených plastů nepředstavuje další odpad. Agregáty lze využít jako surovinu pro výrobu kompozitních materiálů, kde sinice fungují jako biologické plnivo integrované do polymerní matrice. Kompozity s polystyrenem vykazovaly více než dvojnásobnou průtažnost i houževnatost ve srovnání s čistým plastem. Kompozitní fólie lze tedy připravit ze sedimentů obsahujících směsi polystyrenových mikroplastů a buněčné biomasy. Výsledky ukazují, že upravený kmen sinic může sloužit k výrobě biokompozitních materiálů, které představují udržitelnější alternativu k plastům vyráběným z ropy. Recyklace mikroplastů prostřednictvím kombinace biomasy sinic a plastových částic získaných ze systému RUMBA tak otevírá novou cestu jejich materiálového zhodnocení.

Celý koncept zapadá do principů oběhového hospodářství. Odpadní voda poskytuje živiny pro růst sinic, ty odstraní mikroplasty i nadbytečné eutrofizující látky a vzniklou biomasu lze dále využít. Protože sinice při fotosyntéze fixují oxid uhličitý a proces může být poháněn obnovitelnými zdroji energie, existuje potenciál dosáhnout uhlíkově neutrálního či dokonce negativního provozu. Platforma RUMBA tak ukazuje, jak může syntetická biologie proměnit environmentální zátěž, mikroplasty a přebytečné živiny, ve zdroj pro udržitelnou výrobu.

a: Ilustrace interakce mezi buňkami, limonenem a mikroplasty. b: Gradientní koncentrace 200 nm PS mikroplastů byly smíchány s (divokým typem) WT a HCC buňkami v konečných koncentracích 0 %, 0,001 %, 0,005 %, 0,01 %, 0,02 % a 0,05 % (zleva doprava). Sedimentace byla pozorována u vzorků HCC-PS, ne u vzorků WT-PS. Sedimentace se navíc zvyšuje se zvyšující se koncentrací PS. c: Koncept RUMBA technologie, která přispívá k sanaci mikroplastů, výrobě kompozitních bioplastů a cirkulární ekonomice. Zdroj obrázku: https://doi.org/10.1038/s41467-025-67543-5

Zdroje:

Zdroj článku: BIOTRIN