细菌驱动的塑料：热稳定和可生物降解聚合物的突破性进展
Self portrait, Image credit, Korea Advanced Institute of Science and Technology 细菌驱动的塑料：热稳定和可生物降解聚合物的突破性进展 为了减少对石油基塑胶的依赖，世界各地的生物工程师一直在对生产塑胶的微生物进行实验。现在，来自韩国科学技术院（KAIST）的一个研究团队取得了突破性成就。他们首次培育出能够生产热稳定、可生物降解塑胶的细菌，其性能类似于聚苯乙烯和PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）。 这一突破性成果最近发表在《生物技术趋势》杂志上，代表着向可持续替代传统塑料的重大飞跃，特别是那些用于包装和工业应用的塑料。这种新型聚合物的潜在应用范围超越了典型用途，研究人员已经在探索其在生物医学领域的应用，尤其是在药物输送系统方面。 Image credit: Korea Advanced Institute of Science and Technology/Dr. Sang Yup Lee 微生物合成的优势研究人员专注于通过微生物合成来生产苯基乳酸（PhLA），與化學合成相比，它具有多種優勢。这些优势包括更温和的反应条件、更少的环境影响、更低的成本，以及更好的发展前景。重要的是，这个过程利用可再生生物质（如葡萄糖）来生产可生物降解的聚合物。 芳香结构的挑战生物基塑料生产中最大的障碍之一是在聚合物中包含环状的”芳香”结构，這對於製造具有許多應用所需的剛性和熱穩定性的塑膠至關重要。芳香化合物，如在聚苯乙烯和PET中所发现，对大多数微生物都有毒性，这使得使用生物工程技术生产这些聚合物变得困难。 然而，由著名化学和生物分子工程师李相燁教授（Dr. Sang Yup Lee）领导的韓國科學技術院（KAIST）团队，设计了一种新颖的方法来克服这一挑战。通过构建独特的代谢途径和设计定制的聚合酶，研究人员能够使大肠杆菌产生并耐受芳香族单体苯基乳酸。 克服关键挑战研究团队面临三个主要挑战：大肠杆菌天然缺乏能大量生产苯基乳酸（PhLA）的代谢机制。 没有现成的天然聚合酶可以将PhLA聚合成聚苯基乳酸。 需要在细胞内为poly(PhLA)聚合物提供稳定的储存结构。 为了解决这些问题，研究人员采用了系统代谢工程的方法，结合了合成生物学、系统生物学和进化工程。他们增强了 PhLA的代谢通量，基于电脑模拟设计了聚羟基烷酸酯（PHA）聚合酶，并引入了异质相荚膜蛋白（phasin proteins）来为聚合物创造稳定的环境。 30L fed-batch fermentation producing aromatic polymers., Image Credit: Minju Kang and Sang Yup Lee 处理芳香环的毒性 研究团队通过将苯基乳酸（PhLA）单体聚合成聚合物，降低有毒化合物的浓度，减轻了芳香环对微生物细胞的毒性。他们还引入了荚膜蛋白（phasin proteins），这些蛋白质包围芳香聚合物的疏水表面，在细胞内为聚合物链创造了一个稳定、分离的空间。 […]
