Nhà khoa học đang kiểm tra sự phát triển của dòng vi khuẩn E. coli trong phòng thí nghiệm Wallace (nguồn: Đại học Edinburgh).
Hiện nay, paracetamol chủ yếu được sản xuất từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt như dầu mỏ. Mỗi năm, hằng nghìn tấn nhiên liệu này được tiêu thụ để vận hành các nhà máy sản xuất thuốc, hóa chất và sản phẩm y tế, từ đó góp phần không nhỏ vào tình trạng biến đổi khí hậu hiện nay.
Đột phá mới này hướng tới việc giải quyết đồng thời hai vấn đề: giảm ô nhiễm môi trường và giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, bằng cách tái chế một loại nhựa phổ biến - polyethylene terephthalate (PET). Loại nhựa này thường được dùng trong sản xuất chai nước và bao bì thực phẩm, tạo ra hơn 350 triệu tấn chất thải mỗi năm và là nguồn ô nhiễm nhựa lớn trên toàn cầu hiện nay. Dù PET có thể tái chế, các công nghệ hiện tại vẫn tạo ra sản phẩm cuối cùng tiếp tục góp phần vào chuỗi ô nhiễm nhựa, thay vì có thể giải quyết triệt để vấn đề này.
Trong bài báo đăng trên Tạp chí Nature Chemistry, các nhà khoa học cho biết, họ đã phát hiện ra phản ứng hóa học Lossen rearrangement (vốn chưa từng được ghi nhận trong tự nhiên) có thể xảy ra trong điều kiện tương thích sinh học, tức là diễn ra ngay trong môi trường có tế bào sống mà không gây hại cho chúng. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng PET và áp dụng các phương pháp hóa học bền vững để chuyển hóa PET thành một chất trung gian mới.
Khi ủ chất này với vi khuẩn E. coli (dòng vô hại), họ phát hiện vi khuẩn đã chuyển hóa nó thành một hợp chất khác có tên là PABA (axit para-aminobenzoic) thông qua cơ chế được cho là có liên quan đến phản ứng Lossen rearrangement. Điều đặc biệt là trong khi Lossen rearrangement thường đòi hỏi điều kiện khắt khe trong phòng thí nghiệm, phản ứng này lại xảy ra một cách tự nhiên trong môi trường có E. coli. Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng, chính phosphate trong tế bào vi khuẩn đã xúc tác cho phản ứng.
PABA là hợp chất thiết yếu giúp vi khuẩn phát triển, đặc biệt trong quá trình tổng hợp DNA. Thông thường, vi khuẩn sẽ tự tạo ra PABA từ các chất bên trong tế bào. Tuy nhiên, dòng E. coli được sử dụng trong nghiên cứu đã được chỉnh sửa di truyền để vô hiệu hóa con đường sinh tổng hợp này, buộc chúng phải sử dụng nguyên liệu từ nhựa PET.
Sau đó, nhóm tiếp tục chỉnh sửa gen E. coli bằng cách thêm hai đoạn gen, một từ nấm và một từ vi khuẩn đất, để cho phép vi khuẩn chuyển hóa PABA thành paracetamol. Với phiên bản E. coli đã chỉnh sửa này, nhóm nghiên cứu có thể biến nguyên liệu có nguồn gốc từ PET thành paracetamol trong chưa đầy 24 giờ, với lượng phát thải thấp và hiệu suất lên tới 92%.
BL (lược dịch theo The Guardian)