במחקר חדש, חיידקים עברו הנדסה גנטית כדי לייצר פרצטמול, החומר הפעיל בתרופה אקמול. חומר המוצא לתהליך אינו נפט, אלא פסולת פלסטיק. בכך משיגים תרומה כפולה לאיכות הסביבה: נמנע שימוש בנפט, וגם ממחזרים פלסטיק.

פרסומת

פרצטמול (Paracetamol), הידוע גם בשם אצטאמינופן (Acetaminophen), הוא החומר הפעיל במשככי כאבים ובמורידי חום נפוצים כגון אקמול, פראמול, דקסמול, טיילנול ואחרים. שני כימאים ייצרו את התרופה בנפרד זה מזה במהלך המחצית השנייה של המאה ה-19: שרל פרדריק גרהרדט (Gerhardt) בשנת 1852, והרמון נורתרופ מורס (Morse) בשנת 1878. הפרצטמול נמצא בשימוש מסחרי מאז 1955, ומיוצר באופן סינתטי מחומרי המוצא פנול (phenol) או ניטרובנזן (nitrobenzene), שמקורם על פי רוב מנפט.

גבישי פרצטמול מבעד למיקרוסקופ. מקור: Alexander Klepnev, Wikimedia Commons

במחקר חדש, סטפן וואלאס (Wallace) ועמיתיו מאוניברסיטת אדינבורו שבסקוטלנד הנדסו חיידקי Escherichia coli (לקריאה נוספת [2]) כך שיוכלו למחזר פלסטיק נפוץ (PET – polyethylene terephthalate). בנוסף, הם הנדסו את החיידקים כך שייצרו מתוצר המחזור את התרופה פרצטמול. כך הם השיגו תועלת כפולה לסביבה: גם נחסך השימוש בנפט כחומר גלם לייצור התרופה, וגם ממוחזרת פסולת הפלסטיק. 

הכימיה המתרחשת בתוך תאי היצורים חיים, הקרויה באופן כללי מטבוליזם, נעזרת באנזימים. אנזימים הם מולקולות חלבוניות, לעיתים עם תוספות, אשר מזרזות את התרחשות התגובות הכימיות בתנאים הקיימים בתא, כך שיתרחשו בקבועי הזמן הרלוונטיים לפעילותו.

וואלאס ועמיתיו השתמשו בחיידקי  E. coli עם מוטציה בגן שעל פיו נוצר אחד האנזימים (pabB) שמשתתף בייצור חומר בשם PABA – ParaAminoBenzoic acid. חומר זה הוא רכיב חשוב במטבוליזם של החומצה הפולית, החיונית מאוד לחיידקים (וגם לנו). המוטציה גורמת לחיידקים להיות תלויים בקבלת PABA מהסביבה, ולכן חומר זה חייב להיכלל במצע הגידול שלהם או להגיע ממקור אחר.

PABA דומה מאד לחומר ביניים בתהליך ייצור הפרצטמול – para-aminophenol. ההבדל ביניהם הוא ש־PABA מכיל קבוצה קרבוקסילית (NH₂–C₆H₄–COOH), ואילו פארא-אמינופנול מכיל קבוצה הידרוקסילית (NH₂–C₆H₄–OH).

כדי להמיר PABA לפרצטמול דרושות שתי פעולות: החלפת הקרבוקסיל ב־PABA בהידרוקסיל, לקבלת פארא-אמינופנול; ואז הפיכת הפארא-אמינופנול לפרצטמול.

למעלה: יחידה (מונומר) של PET. שימו לב לשתי קבוצות הקרבוקסיל משני הצדדים.
למטה: כשאחת מהקבוצות מוחלפת לאמין – נוצר PABA.

כאשר PET מתפרק ליחידות שלו, התוצר העיקרי הוא חומר ביניים המכיל שתי קבוצות קרבוקסיל. חומר זה יכול לחדור לתא החיידק, ושם PABA, אותו החומר שחיוני לחיידקים המוטנטים, יכול להיווצר ללא אנזים, באמצעות תגובה הקרויה תגובת לוסן (Lossen rearrangement). תגובה זו, שהתגלתה ב־1872, מאפשרת המרה של אחת מקבוצות הקרבוקסיל לאמין ראשוני (NH₂) תוך כדי פליטה של הקרבוקסיל. תגובה זו הייתה מוכרת במעבדה, אך לא ביצורים חיים.

החוקרים גידלו את החיידקים המוטנטים ללא PABA ובנוכחות PET. הם גידלו אותם בתנאים שונים ובררו את המוטנטים שבהם התאפשרה תגובת לוסן כמסלול אלטרנטיבי לייצור PABA. הם מצאו שתגובה זו יכולה להתרחש רק במצע גידול המכיל זרחה.

לחיידקים שנבררו, המייצרים PABA מ־PET, הם החדירו מקטעי DNA הנושאים הוראות לייצור שני אנזימים שיכולים לבצע את שתי הפעולות הדרושות כדי לייצר פרצטמול מה־PABA. האנזים הראשון מכונה ABH60, ומקורו מפטריית הכובע פקועה דו-נבגית (Agaricus bisporus) – פטריית מאכל שניתן למצוא גם במרכולים. אנזים זה מתמיר את ה־PABA לפארא־אמינופנול באמצעות החלפת הקרבוקסיל בהידרוקסיל. האנזים השני מכונה PANAT, ומקורו בחיידק Pseudomonas aeruginosa. הוא מוסיף אצטט (CH₃COO) לאמין, וכך מתמיר את הפארא־אמינופנול לפרצטמול, שאחד מהשמות הכימיים שלו הוא פארא־אצטיל אמינופול.

מקור: Johnson et al. Nature Chemistry, 2025

תהליך זה הוא פריצת דרך ביוטכנולוגית וסביבתית. יידרש זמן עד שהפרצטמול החיידקי יגיע לשימוש מסחרי, אך נראה שלא זמן רב: נותר עוד להעביר את כל התהליך לייצור יעיל במפעל תעשייתי, וזה דבר שיודעים לעשותו.

עריכה: סמדר רבן

מקורות והרחבות

[1] המאמר המקורי ב- Nature Chemistry, יוני 2025

[2] E. Coli - אויב או אוהב? - פוסט בבלוג של דרור בר-ניר