From K-snack to copolymer: Conversion of Silkworm pupa oil into poly(3- hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) by engineered Cupriavidus necator H16
यह अध्ययन रेशम उद्योग के एक उपोत्पाद, रेशम के प्यूपा तेल (silkworm pupa oil) को इंजीनियर किए गए *Cupriavidus necator* H16 का उपयोग करके उच्च-मूल्य वाले पॉली(3-हाइड्रॉक्सीब्यूटायरेट-को-3-हाइड्रॉक्सीहेक्सानोएट) बायोपॉलिमर्स में स्थायी रूप से परिवर्तित करने को प्रदर्शित करता है, जो पारंपरिक कार्बन स्रोतों की तुलना में बेहतर कोशिका वृद्धि और पॉलिमर उपज प्राप्त करते हुए बायोडिग्रेडेबल फिल्में भी निर्मित करते हैं।
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मुख्य विचार: "स्नैक" कचरे को "प्लास्टिक" खजाने में बदलना
रेशम उद्योग की कल्पना एक विशाल कारखाने के रूप में करें जो सुंदर रेशमी स्कार्फ बनाता है। लेकिन जब वे रेशम की कटाई करते हैं, तो उनके पास रेशम के कीड़ों के प्यूपा (तितली या पतंगे के निकलने से पहले की अवस्था) का एक बड़ा ढेर बच जाता है। कोरिया में, लोग लंबे समय से इन प्यूपा को एक कुरकुरे स्नैक के रूप में खाते आ रहे हैं, लेकिन कई लोगों को इसकी बनावट और गंध थोड़ी अजीब लगती है।
इस शोध पत्र के वैज्ञानिकों ने एक सरल प्रश्न पूछा: "यदि हम इन प्यूपा को सभी के लिए भोजन के रूप में नहीं बेच सकते, तो क्या हम इन्हें किसी अन्य मूल्यवान चीज़ में बदल सकते हैं?"
उन्होंने इन प्यूपा के अंदर के तेल को एक विशेष प्रकार के बायोडिग्रेडेबल (प्राकृतिक रूप से नष्ट होने वाले) प्लास्टिक में बदलने का निर्णय लिया। इसे रसोई के बचे हुए किसी घटक को लेकर एक हाई-टेक निर्माण ब्लॉक बनाने जैसा समझें।
सामग्री: "तेल" और "शेफ"
- ईंधन (रेशम के प्यूपा का तेल): शोधकर्ताओं ने प्यूपा के तेल का विश्लेषण किया और पाया कि यह मुख्य रूप से स्वस्थ वसा (जैसे ओलिक और लिनोलिक एसिड) से बना है, जो सलाद ड्रेसिंग में पाए जाने वाले वनस्पति तेलों के समान है। उन्होंने इसे SPO (सिल्कवॉर्म प्यूपा ऑयल) कहा।
- शेफ (इंजीनियर्ड बैक्टीरिया): उन्होंने Cupriavidus necator नामक एक सूक्ष्म जीव का उपयोग किया। इस बैक्टीरिया को एक सूक्ष्म शेफ के रूप में सोचें। लेकिन यह कोई साधारण शेफ नहीं है; इसे आनुवंशिक रूप से "अपग्रेड" (इंजीनियर) किया गया है ताकि यह तेल खाने और अपने शरीर के भीतर प्लास्टिक के दानों को बनाने में बहुत कुशल हो सके।
प्रयोग: शेफ को खिलाने का तरीका
टीम ने यह पता लगाने की कोशिश की कि इस बैक्टीरिया को खिलाने का सबसे अच्छा तरीका क्या है ताकि वह सबसे अधिक प्लास्टिक बना सके। यहाँ उन्होंने क्या खोजा:
"सोलो" बनाम "कॉम्बो" डाइट:
- जब उन्होंने बैक्टीरिया को केवल चीनी (फ्रक्टोज) खिलाई, तो वह तेजी से बढ़ा लेकिन उसने बहुत कम प्लास्टिक बनाया। यह एक धावक की तरह था जो केवल कैंडी खाता है: बहुत अधिक ऊर्जा, लेकिन मांसपेशियों का निर्माण नहीं।
- जब उन्होंने इसे केवल रेशम के तेल (Silkworm Oil) से खिलाया, तो इसने एक अलग प्रकार का प्लास्टिक (एक को-पॉलिमर) बनाया, लेकिन इसकी वृद्धि थोड़ी धीमी रही।
- जीतने वाली रणनीति: उन्होंने पाया कि बैक्टीरिया को चीनी और तेल का मिश्रण खिलाना ही जादुई संयोजन था। चीनी ने शुरुआत में बैक्टीरिया को बड़ा और तेज़ बढ़ने में मदद की, और फिर तेल ने उन्हें प्लास्टिक बनाने में मदद करने के लिए कमान संभाल ली। इस "कॉम्बो मील" के परिणामस्वरूप प्लास्टिक उत्पादन की मात्रा सबसे अधिक हुई।
"इमल्सीफायर" का कमाल:
- तेल और पानी स्वाभाविक रूप से आपस में नहीं मिलते। यदि आप तेल को पानी आधारित सूप में डालते हैं, तो यह बड़े ढेलों के रूप में ऊपर तैरता रहता है। बैक्टीरिया आसानी से तेल तक नहीं पहुँच पा रहे थे।
- शोधकर्ताओं ने एक "मिश्रण एजेंट" (इमल्सीफायर) जोड़ा, विशेष रूप से Tween 20 नामक चीज़। इसे बर्तन धोने वाले साबुन को चिकनाई में डालने जैसा समझें; यह तेल के बड़े ढेलों को छोटे, अदृश्य बूंदों में तोड़ देता है जो हर जगह तैरते रहते हैं।
- परिणाम: तेल को छोटी बूंदों में तोड़ने के साथ, बैक्टीरिया इसे बहुत तेज़ी से खा सके। इससे उनकी वृद्धि और प्लास्टिक उत्पादन में काफी वृद्धि हुई। इस चरण के बिना, बैक्टीरिया वास्तव में भूख से मर रहे थे क्योंकि भोजन उनकी पहुँच से बाहर था।
आदर्श वातावरण:
- उन्होंने तापमान और टैंक को घुमाने की गति को भी ठीक किया। ठीक वैसे ही जैसे एक मानव बेकर को सही ओवन तापमान और मिश्रण की गति की आवश्यकता होती है, बैक्टीरिया 30°C पर और तेज़ हलचल (300 rpm) के साथ सबसे अच्छा काम करते हैं।
परिणाम: एक नए प्रकार का प्लास्टिक फिल्म
बैक्टीरिया को यह विशेष आहार खिलाने के 72 घंटों के बाद, उन्होंने प्लास्टिक को निकाला। उन्होंने इसे घोल दिया और इसे एक पतली फिल्म के रूप में ढाला, जैसे कि प्लास्टिक रैप की एक शीट।
- यह कैसा है: फिल्म लचीली थी (टूटने से पहले यह लगभग 53% तक खिंच सकती थी) और इसका मेल्टिंग पॉइंट (पिघलने का तापमान) लगभग 164°C था। यह एक नरम, खिंचने वाले प्लास्टिक बैग जैसा महसूस हुआ।
- "जादुई" घटक: क्योंकि बैक्टीरिया ने रेशम के तेल को खाया था, इसलिए जो प्लास्टिक उन्होंने बनाया वह केवल मानक प्लास्टिक नहीं था; यह P(3HB-co-3HHx) नामक एक विशेष मिश्रण था। "3HHx" वाला हिस्सा तेल से आता है और यह प्लास्टिक को अधिक लचीला और मानक प्लास्टिक की तुलना में कम भंगुर (brittle) बनाता है।
अंतिम परीक्षण: क्या यह गायब हो जाता है?
इस प्रकार के प्लास्टिक के लिए सबसे महत्वपूर्ण परीक्षण यह है: क्या यह गायब हो जाता है?
उन्होंने फिल्म को एक विशिष्ट प्रकार के समुद्री बैक्टीरिया (Microbulbifer sp. SOL66) के टैंक में रखा जो प्लास्टिक खाना पसंद करता है।
- तीसरे दिन: फिल्म लगभग 40% गायब हो गई थी।
- पांचवें दिन: यह लगभग 80% गायब हो गई थी।
- सातवें दिन: फिल्म का 90% से अधिक हिस्सा गायब हो चुका था।
यह साबित करता है कि रेशम के प्यूपा तेल से बना प्लास्टिक वास्तव में बायोडिग्रेडेबल है और प्रकृति द्वारा अपेक्षाकृत जल्दी नष्ट किया जा सकता है।
निचोड़
यह शोध पत्र दिखाता है कि हम रेशम उद्योग के अपशिष्ट उत्पाद (रेशम के प्यूपा) को ले सकते हैं, उससे तेल निकाल सकते हैं, और इंजीनियर किए गए बैक्टीरिया का उपयोग करके इसे एक उच्च गुणवत्ता वाले, लचीले और बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक में बदल सकते हैं। यह एक ऐसे "स्नैक" को "सुपर-मटेरियल" में बदलने का तरीका है जिसे कुछ लोग नापसंद करते हैं, जो पर्यावरण की मदद करता है।
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