Gửi bình luận
Liệu trong tương lai, chúng ta có thể sản xuất thuốc giảm đau từ rác thải? Các nhà khoa học đã tìm ra cách khiến điều đó trở thành hiện thực. Họ đã biến những chai nhựa cũ thành paracetamol. Dưới đây là cách thức hoạt động của quy trình và những điểm vẫn cần cải thiện.
Thuốc giảm đau là một phần quan trọng trong y học. Tuy nhiên, quy trình sản xuất chúng thường tiêu tốn nhiều tài nguyên và phức tạp. Vì vậy, các nhà khoa học đang tìm kiếm những phương pháp mới để đơn giản hóa quá trình sản xuất hoặc tận dụng tốt hơn các nguồn lực sẵn có. Một nhóm nghiên cứu tại Đại học Edinburgh hiện đã thành công, ít nhất là trong các thử nghiệm ban đầu.
Làm thế nào để paracetamol được tạo ra từ chai nhựa cũ?
Theo mô tả trong công trình nghiên cứu (đăng trên tạp chí Nature), nhóm nghiên cứu ban đầu sử dụng các chai nhựa PET làm nguyên liệu. Trưởng nhóm – ông Stephen Wallace – cho biết: “Nhiều người không biết rằng paracetamol hiện nay được sản xuất từ dầu mỏ”. Trong khi đó, loại nhựa dùng trong chai nước là PET cũng có nguồn gốc từ dầu mỏ.
Các nhà khoa học cho nhựa PET tiếp xúc với vi khuẩn E.coli đã được biến đổi gien để sử dụng các hợp chất trong nhựa PET cho một quá trình gọi là "phân hủy Lossen", thay vì dùng các hợp chất trong chính tế bào của chúng. Điều này cho phép vi khuẩn chuyển hóa PET thành axit para-aminobenzoic.
Sau đó, vi khuẩn tiếp tục được chỉnh sửa với 2 gien bổ sung, lấy từ nấm và vi khuẩn trong đất. Hai gien này giúp biến axit para-aminobenzoic thành paracetamol. Toàn bộ quy trình hầu như không tạo ra khí thải và không sinh ra sản phẩm phụ độc hại.
Trong điều kiện phòng thí nghiệm, chỉ trong vòng 24 giờ, các nhà khoa học đã có thể chuyển hóa 92% lượng PET thành paracetamol. Tuy nhiên, để có thể áp dụng ở quy mô công nghiệp, tỷ lệ này vẫn cần được tối ưu thêm. Dẫu vậy, nhóm nghiên cứu đánh giá phát hiện này có tiềm năng rất lớn.
Wallace chia sẻ: “Lần đầu tiên, chúng tôi đã tìm ra cách chuyển rác thải nhựa thành paracetamol – điều mà trước đây không thể làm chỉ với sinh học hay hóa học đơn thuần”.
“Bằng cách kết hợp giữa hóa học và sinh học, chúng ta có thể sản xuất paracetamol bền vững hơn, đồng thời loại bỏ rác thải nhựa ra khỏi môi trường. Đây có thể là con đường để loại bỏ hoàn toàn rác thải nhựa”.
AI sẽ thúc đẩy công nghệ này như thế nào?
- Thiết kế và tối ưu hóa vi khuẩn/enzyme biến đổi gien
Phân tích gien và protein: AI có thể phân tích lượng lớn dữ liệu gien của vi khuẩn (như E. coli) và nấm để xác định các gien tiềm năng, enzyme có hoạt tính cao nhất cho quá trình phân hủy PET và tổng hợp paracetamol.
Thiết kế protein/enzyme mới: Sử dụng AI tạo sinh (Generative AI) và học máy (Machine Learning) để thiết kế các enzyme mới hoặc cải tiến enzyme hiện có với hiệu suất cao hơn, khả năng chống chịu tốt hơn trong môi trường phản ứng và đặc biệt là khả năng phân hủy PET hiệu quả hơn.
Tối ưu hóa lộ trình chuyển hóa: AI có thể mô phỏng và tối ưu hóa các con đường chuyển hóa sinh học bên trong vi khuẩn, xác định "nút thắt cổ chai" và đề xuất các điều chỉnh gien để tăng cường tốc độ và sản lượng chuyển đổi từ PET thành paracetamol.
- Tối ưu hóa quy trình phản ứng
Mô phỏng và Dự đoán: AI có thể mô phỏng hàng nghìn điều kiện phản ứng khác nhau (nhiệt độ, độ pH, nồng độ chất phản ứng, thời gian) để dự đoán điều kiện tối ưu cho hiệu suất chuyển đổi PET thành paracetamol. Điều này giúp giảm đáng kể số lượng thí nghiệm vật lý cần thực hiện.
Kiểm soát và giám sát thời gian thực: Trong các quy trình sản xuất quy mô lớn, AI có thể liên tục giám sát các thông số của phản ứng, tự động điều chỉnh điều kiện để duy trì hiệu suất tối ưu và phát hiện sớm các sự cố.
- Phân tích dữ liệu chất thải và nguồn cung
Phân loại và thu gom chất thải: AI và thị giác máy tính (Computer Vision) có thể cải thiện quá trình phân loại nhựa PET từ các loại nhựa khác trong dòng chất thải, đảm bảo nguồn nguyên liệu đầu vào sạch và hiệu quả cho quy trình.
Dự báo và quản lý chuỗi cung ứng: AI có thể dự báo lượng chất thải PET có sẵn và tối ưu hóa chuỗi cung ứng từ các điểm thu gom đến nhà máy xử lý.
- Phát hiện và xử lý tạp chất
AI có thể được huấn luyện để nhận diện và loại bỏ các tạp chất trong nhựa PET tái chế, đảm bảo chất lượng nguyên liệu đầu vào, từ đó giảm thiểu các sản phẩm phụ không mong muốn và đảm bảo độ tinh khiết của paracetamol thành phẩm.
- Mở rộng quy mô và giảm chi phí
Bằng cách tối ưu hóa mọi khía cạnh từ thiết kế vi khuẩn đến quy trình phản ứng, AI có thể giúp giảm chi phí sản xuất paracetamol từ nhựa PET, làm cho quy trình này trở nên cạnh tranh hơn về mặt kinh tế so với các phương pháp sản xuất truyền thống từ dầu thô.
Ngoài ra, việc tích hợp AI vào công nghệ này không chỉ giúp tối ưu hóa một quy trình cụ thể mà còn mở ra cánh cửa cho một lĩnh vực rộng lớn hơn: kinh tế tuần hoàn và sinh học tổng hợp. AI có thể giúp chúng ta: Tìm kiếm và chuyển đổi nhiều loại chất thải khác thành các hóa chất có giá trị; thiết kế các hệ thống sinh học mới để giải quyết các vấn đề môi trường; đẩy nhanh tốc độ nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực sinh học công nghiệp.
