这种方法可能提供一种新的途径来回收利用难处理的废弃物，同时也有助于在常规供应有限的地区生产食物。潜在的应用范围从地球上的灾区延伸到深入太空的人类任务。
研究人员在麦考密克广场举行的美国化学会（ACS）秋季会议期间，于“生物化学与化学生物学本科及研究生研究”研讨会上展示了他们的成果。
“微生物非常聪明。因此，我们正在利用它们的特性来解决我们制造的问题。”——拉希鲁·贾亚科迪（Lahiru Jayakody）
将塑料废弃物转化为食物
塑料污染和粮食不安全是全球面临的两大挑战，南伊利诺伊大学卡本代尔分校（SIU Carbondale）的研究人员正在探索是否可以用一个问题来帮助解决另一个问题。他们的目标是利用微生物将废弃材料转化为人类可以安全食用的食物。
这项研究源于美国国家航空航天局（NASA）主导的一个项目，该项目专注于在深空探索资源有限的条件下生产食物，因为在太空中宇航员无法依赖来自地球的定期补给。
“我们当时正试图开发塑料升级回收技术，以制造更高价值的产品。我们想，为什么不专注于制造食物呢？因为塑料是碳，食物也是碳，”副教授拉希鲁·贾亚科迪解释道。
一个主要目标是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），这是一种广泛使用的塑料，常见于苏打水和水瓶等产品中。PET含有富含碳的分子，这些分子有可能被分解并重组为有用的化合物，包括最终可以成为蛋白质的成分。
科学家可以利用化学反应和实验室溶剂完成其中一些转化。但南伊利诺伊大学卡本代尔分校的研究团队转而求助于微生物，因为微生物可以自然地进行复杂的生化过程。
贾亚科迪补充道：“微生物非常聪明。因此，我们正在利用它们的特性来解决我们制造的问题。”
将酵母改造为微型食物工厂
利用微生物制造有用物质已相当成熟。例如，酵母可以通过基因编程来生产高价值分子。曾经需要从动物胰腺中获取的胰岛素，现在可以通过工程微生物来制造。
贾亚科迪和研究生桑迪亚·贾亚塞卡拉（Sandhya Jayasekara）将类似的想法应用于废弃物。他们对几种酵母（包括面包酵母）进行了编程，使其摄取源自塑料和农业剩余物的分子，并将其转化为蛋白质、维生素和调味化合物。
然而，在酵母利用这些材料之前，必须先将废弃物分解成更易于处理的小块。
研究人员使用一种称为“氧化水热溶解”的专利技术处理PET塑料、废弃的玉米秸秆和叶子以及其他生物质。该工艺由南伊利诺伊大学卡本代尔分校地质学教授肯·安德森开发，通过在高温高压下结合水和氧气，将抗性材料分解成微生物可利用的化合物。
随后，这些较小的分子被喂给工程酵母。微生物将其转化为新的食物成分，包括蛋白质、脂肪和酸。
从废弃材料到3D打印饼干
酵母衍生的成分一旦生产出来，研究人员便将其与纤维、淀粉和甜味剂混合。混合物随后通过3D打印机被推挤成型，制成富含蛋白质的饼干，称为µBites（发音为“microbites”）。
现有数据表明µBites是可安全食用的，不过研究人员仍在等待机构批准，以便进行正式的口味测试。
目前，参与者已根据饼干的气味进行了评估。大多数人表示，在食物资源匮乏的情况下，他们愿意食用µBites。
研究人员还在努力让这些饼干对拥有其他食物选择的人们更具吸引力。
贾亚塞卡拉改造了能够生产额外食物成分的酵母菌株。面包酵母现在可以从植物生物质中生成香草调味剂。另一种酵母菌株可以利用源自PET的乙二醇生产β-胡萝卜素，人体可将其转化为维生素A。
“我们正在利用微生物将这种饼干开发成更具吸引力、更受消费者欢迎的产品，”贾亚塞卡拉说。
让微生物生产饼干中的更多成分
该团队的最终目标是让微生物生产µBites所需的大部分成分。这包括目前必须单独添加的淀粉、纤维和甜味剂。
贾亚科迪希望这些饼干能在未来几年内供公众食用。除了在地球上的日常使用外，该技术在难以携带或运送大量食物的环境中可能尤其有价值。
可能的应用场景包括潜艇、灾区，以及最终在月球或火星上的人类定居点。
研究人员还将该技术视为应对全球粮食供应日益增长压力的一种可能对策。
“预计到2050年，全球粮食需求将增长35-56%，约30%的世界人口未来将面临饥饿风险。我认为解决这一问题的途径在于利用微生物，”他总结道。
该研究由NASA深空食物挑战赛和美国国家科学基金会教师早期职业发展计划（CAREER）资助。