用細菌造塑料

世界各地的生物工程師一直在努力創造能制造塑料的微生物，以取代石油基塑料工業。現在，韓國研究人員已經克服了一個主要障礙：使細菌能夠產生含有環狀結構的聚合物，這種聚合物能使塑料更加堅硬和熱穩定。

由于這些分子通常對微生物是有毒的，研究人員必須構建一種新的代謝途徑，使大腸桿菌既能產生聚合物，又能容忍聚合物及其組成部分的積累。這種聚合物是可生物降解的，具有可用于生物醫學領域的物理特性，如藥物輸送相關研究。8月21日發表于《生物技術趨勢》期刊。

“我認為生物制造將是緩解氣候變化和全球塑料危機的關鍵。”論文通訊作者、韓國科學技術院化學和生物分子工程師Sang Yup Lee說，“我們需要國際合作，促進生物制造技術的發展，以確保未來有一個更好的環境。”

目前，大多數用于包裝和工業用途的塑料都含有環狀芳香族結構，例如PET和聚苯乙烯。之前有研究已經創造出可以產生由芳香族和脂肪族（非環狀）單體交替組成的聚合物的微生物，但這是第一次微生物能產生完全由芳香族側鏈單體組成的聚合物。

為了做到這一點，研究人員首先通過重組來自其他微生物的酶，構建了一種新的代謝途徑，使細菌能夠產生一種叫做苯乳酸的芳香族單體。然后，他們使用計算機模擬設計了一種聚合酶，這種聚合酶可以有效地將這些苯乳酸構建塊組裝成聚合物。

Lee說：“這種酶在合成聚合物方面的效率超過了目前已知的許多自然酶。”

在優化了細菌的代謝途徑和聚合酶之后，研究人員在6.6升的發酵罐中培養微生物。最終菌株能夠產生12.3g/L的聚合物（聚D苯乳酸）。為了使該產品商業化，研究人員希望將產量提高到至少100克/升。

“基于它的特性，我們認為這種聚合物特別適合藥物輸送。”Lee說，“它沒有PET那么堅硬，主要是因為分子量更低。”

未來，研究人員計劃開發其他類型的芳香族單體和具有各種化學和物理性質的聚合物，例如，工業應用所需的更高分子量的聚合物。他們還在進一步優化方法，以便擴大規模。

“如果我們在提高產量上投入更多的努力，那么這種方法可能會在更大的規模上商業化。”Lee說，“我們正在努力提高生產過程和回收過程的效率，以便更經濟地生產‘清潔’聚合物。”

相關論文信息：

http://doi.org/10.1016/j.tibtech.2024.06.001