Меланин из чернил каракатицы подает надежды как устойчивый ресурс биомассы

С каждым годом негативные последствия деятельности человека для окружающей среды становятся все более очевидными. От изменения климата и микропластика до угрозы исчезновения и вымирания бесчисленных видов, очевидно, что нам нужно найти новые способы достижения устойчивости. К счастью, многие исследовательские группы в таких известных областях, как химия и материаловедение, неустанно работают над разработкой решений, которые позволят нам приблизиться к циклической и устойчивой экономике.

Одной из областей, которая привлекла большое внимание в этом отношении, является переработка биомассы. Она относится к преобразованию природных органических материалов в ценные продукты, такие как биотопливо и биопластики. Хотя многие научные исследования были сосредоточены на биомассе растительного происхождения, такой как целлюлозные волокна, потенциал меланина как ресурса биомассы остается недостаточно изученным. Одной из главных причин этого является то, что разложение меланина — сложного, но повсеместно распространенного биополимера — требует дальнейшего изучения.

В недавнем исследовании, опубликованном в ACS Устойчивая химия и инженерияисследовательская группа под руководством доцента Мичинари Кохри из Высшей школы инженерии Университета Тиба, Япония, решила заполнить этот пробел в знаниях. Используя как искусственный, так и натуральный меланин, они провели подробный анализ разложения меланина и продемонстрировали его потенциал для вторичной переработки.

Их статья, которая была опубликована онлайн 19 апреля 2024 года, была написана в соавторстве с г-ном Такуми Моритой и профессором Кейки Кишикавой из Высшей школы инженерии Университета Тиба, профессором Тосихико Мацуурой из Лаборатории биотехнологии и биоинженерии Педагогического университета Хоккайдо и профессором Хиронори Идзавой с факультета инженерии Университета Миядзаки.

Сначала исследователи синтезировали искусственный меланин из полидофамина, получив полимер, который по своей структуре очень похож на натуральный меланин. Используя порошкообразные образцы в качестве модельного вещества, они провели ряд тестов на разложение в различных условиях, а затем ряд аналитических экспериментов с полученными продуктами разложения.

После этого они повторили многие из этих тестов на натуральном меланине, который они извлекли из чернильных мешочков каракатицы. «С точки зрения ресурсов меланин, сконцентрированный в чернильных мешочках каракатицы и кальмара, является легко извлекаемым натуральным меланином. Улов кальмаров и осьминогов ежегодно увеличивается и колеблется около трех миллионов тонн в течение последних нескольких лет», — объясняет доктор Кохри.

Интересно, что исследователи обнаружили, что как искусственный, так и натуральный меланин разлагаются на производные пиррола, содержащие карбоновые кислоты. Этот результат предполагает, что меланин, полученный из других возобновляемых и легкодоступных источников, таких как экзоскелеты насекомых, шерсть животных или микроорганизмы, продуцирующие меланин, может быть в равной степени полезен в качестве химического прекурсора.

Наконец, используя продукты разложения, полученные из искусственного и натурального меланина в качестве сырья, исследователи приготовили различные полимерные пленки и частицы. Эти эксперименты служат демонстрацией неиспользованного потенциала меланина в переработке биомассы.

«Поскольку меланин в природе широко распространен в биомассе и со временем разлагается микроорганизмами, полимерные материалы, полученные с использованием продуктов распада меланина, вероятно, также являются биоразлагаемыми», — подчеркивает доктор Кохри.

«Биоразлагаемые полимеры можно утилизировать, не нанося вреда окружающей среде, и, таким образом, предлагаемый подход к производству полимеров из продуктов распада меланина может привести к разработке устойчивых материалов».

В целом результаты этого исследования могут проложить путь к широкому внедрению переработки меланина, что в конечном итоге может помочь нам защитить окружающую среду.

«Точно так же, как исследования биомассы целлюлозы продвинулись вперед, поскольку целлюлозу можно извлекать из множества малоиспользуемых растений, мы надеемся, что наши усилия будут способствовать использованию меланина в качестве ресурса биомассы», — заключает доктор Кохри.