Bilim insanları, PET plastiği ve tarımsal atıkları protein açısından zengin, 3D yazıcıyla üretilen ve µBites adı verilen kurabiyelerin malzemelerine dönüştürebilen maya geliştirdi. Kısmen NASA'nın Derin Uzay Gıda Yarışması için geliştirilen sistem, atık malzemelerden protein, yağ, vitamin ve hatta vanilya aroması üretebiliyor. Araştırmacılar, bu sıra dışı teknolojinin hem plastik kirliliğine hem de gıda güvensizliğine çare olabileceğini, ayrıca derin uzay görevleri gibi zorlu ortamlarda gıda sağlayabileceğini umuyor.
Plastik şişelerle kurabiyelerin ortak bir yanı yok gibi görünse de araştırmacılar ikisi arasında bir bağ kurmanın yolunu buldu. Bilim insanları, geliştirdikleri maya sayesinde plastik ve tarımsal atıklardaki bileşikleri yenilebilir proteinlere, vitaminlere, aromalara ve diğer gıda bileşenlerine dönüştürebilen bir sistem ortaya koydu.
Bu yaklaşım, işlenmesi zor atıkları yeniden değerlendirmenin yeni bir yolunu sunarken, geleneksel gıda kaynaklarının kısıtlı olduğu yerlerde de gıda üretimine katkı sağlayabilir. Olası uygulama alanları, yeryüzündeki afet bölgelerinden derin uzaya yapılan insanlı görevlere kadar uzanıyor.
Araştırmacılar, bulgularını Amerikan Kimya Derneği'nin (ACS) sonbahar toplantısında, McCormick Place'te düzenlenen "Biyokimya ve Kimyasal Biyolojide Lisans ve Lisansüstü Araştırmalar" sempozyumunda sundu.
Plastik atıktan gıdaya
Plastik kirliliği ve gıda güvensizliği, dünyanın karşı karşıya olduğu iki büyük sorun. Southern Illinois Üniversitesi (SIU) Carbondale'deki araştırmacılar ise bu sorunlardan birinin diğerine çözüm olup olamayacağını araştırıyor. Amaçları, mikroorganizmaları kullanarak atık malzemeleri insanların güvenle tüketebileceği gıdaya dönüştürmek.
Araştırma, NASA öncülüğünde yürütülen ve astronotların Dünya'dan düzenli sevkiyat alamadığı, kaynakların kısıtlı olduğu derin uzay keşif koşullarında gıda üretimine odaklanan bir projeden doğdu.
Doçent Doktor Lahiru Jayakody, "Plastikleri ileri dönüştürerek daha değerli ürünler elde etmeye yönelik teknolojiler geliştirmeye çalışıyorduk. Sonra dedik ki, neden gıda üretmeye odaklanmayalım? Çünkü plastik karbondur, gıda da karbondur" diye açıklıyor.
Projenin başlıca hedeflerinden biri, soda ve su şişeleri gibi ürünlerde yaygın olarak kullanılan polietilen tereftalat (PET). PET, parçalanıp yeniden bir araya getirilerek faydalı bileşiklere — hatta sonunda proteine dönüşebilecek bileşenlere — dönüştürülebilecek karbon açısından zengin moleküller içeriyor.
Bilim insanları bu dönüşümlerin bir kısmını kimyasal tepkimeler ve laboratuvar çözücüleriyle de gerçekleştirebilirdi. Ancak SIU Carbondale ekibi, karmaşık biyokimyasal süreçleri doğal olarak yürütebilen mikroorganizmalara yöneldi.
Jayakody, "Mikroplar çok zekice çalışıyor. Biz de onların bu özelliklerini, kendi yarattığımız sorunları çözmek için kullanıyoruz" diyor.
Mini gıda fabrikaları olarak maya
Mikroorganizmaları faydalı maddeler üretmek için kullanmak aslında yeni bir fikir değil. Örneğin maya, genetik olarak programlanarak değerli moleküller üretebiliyor. Eskiden hayvan pankreasından elde edilen insülin, bugün genetiği değiştirilmiş mikroplarla üretilebiliyor.
Jayakody ve yüksek lisans öğrencisi Sandhya Jayasekara, benzer bir yaklaşımı atıklara uyguladı. Ekmek mayası da dahil olmak üzere çeşitli maya türlerini, plastik ve tarımsal artıklardan elde edilen molekülleri alıp proteinlere, vitaminlere ve aroma bileşiklerine dönüştürecek şekilde programladılar.
Ancak mayanın bu malzemeleri kullanabilmesi için önce atıkların daha küçük parçalara ayrılması gerekiyor.
Araştırmacılar, PET plastiği, atık mısır saplarını, yaprakları ve diğer biyokütleyi "oksidatif hidrotermal çözündürme" adı verilen özel bir teknikle işliyor. SIU Carbondale Jeoloji Profesörü Ken Anderson tarafından geliştirilen bu yöntem, su ve oksijeni yüksek sıcaklık ve basınç altında birleştirerek dayanıklı malzemeleri mikropların erişebileceği bileşiklere ayırıyor.
Ortaya çıkan bu küçük moleküller daha sonra genetiği değiştirilmiş mayaya veriliyor. Mikroorganizmalar bunları proteinler, yağlar ve asitler de dahil olmak üzere yeni gıda bileşenlerine dönüştürüyor.
Atıktan 3D baskılı kurabiyeye
Mayadan elde edilen malzemeler üretildikten sonra araştırmacılar bunları lif, nişasta ve tatlandırıcıyla birleştiriyor. Karışım daha sonra bir 3D yazıcıdan geçirilerek µBites ("mikrobayts" diye okunuyor) adı verilen protein açısından zengin kurabiyeler oluşturuluyor.
Mevcut veriler µBites'ın yenmesinin güvenli olduğunu gösteriyor; ancak araştırmacılar resmi tat testleri yapabilmek için kurumsal onayı hâlâ bekliyor.
Şimdilik katılımcılar kurabiyeleri yalnızca kokularına göre değerlendirdi. Çoğu, gıda kaynaklarının kıt olduğu durumlarda µBites'ı yiyebileceklerini söyledi.
Araştırmacılar ayrıca, başka gıda seçenekleri olan kişiler için de kurabiyeleri daha cazip hale getirmeye çalışıyor.
Jayasekara, ek gıda bileşenleri üretebilen maya türleri geliştirdi. Ekmek mayası artık bitkisel biyokütleden vanilya aroması üretebiliyor. Bir başka maya türü ise PET'ten elde edilen etilen glikolü kullanarak, insan vücudunun A vitaminine dönüştürebildiği beta karoten üretebiliyor.
Jayasekara, "Kurabiyeyi daha çekici, tüketici dostu bir ürüne dönüştürmek için mikropları kullanıyoruz" diyor.
Kurabiyenin daha fazlası mikroplardan
Ekibin nihai hedefi, µBites için gereken malzemelerin daha da fazlasını mikropların üretmesini sağlamak. Buna, şu anda ayrıca eklenmesi gereken nişasta, lif ve tatlandırıcı da dahil.
Jayakody, kurabiyelerin önümüzdeki birkaç yıl içinde halkın tüketimine hazır hale gelebileceğini umuyor. Dünya'daki günlük kullanımın ötesinde bu teknoloji, büyük miktarlarda gıda taşımanın ya da ulaştırmanın zor olduğu ortamlarda özellikle değerli olabilir.
Olası kullanım alanları arasında denizaltılar, afet bölgeleri ve nihayetinde Ay ya da Mars'taki insan yerleşimleri yer alıyor.
Araştırmacılar bu teknolojiyi, küresel gıda arzı üzerindeki artan baskıya verilebilecek olası yanıtlardan biri olarak da görüyor.
Jayakody sözlerini şöyle tamamlıyor: "Küresel gıda talebinin 2050 yılına kadar yüzde 35-56 artması bekleniyor ve dünya nüfusunun yaklaşık yüzde 30'u gelecekte açlık riskiyle karşı karşıya kalacak. Bence bunun çözümü mikropları kullanmaktan geçiyor."
Araştırma, NASA Derin Uzay Gıda Yarışması ve Ulusal Bilim Vakfı'nın Kariyer Başlangıcı Geliştirme Programı (CAREER) hibesiyle finanse edildi.
