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韩国研究人员改造大肠杆菌开发出一种可生物降解聚合物塑料

文章来源：新能源网更新时间：2024-08-28 15:04:22

全世界的生物工程学家一直在努力开发能够生产塑料的微生物以替代石油基塑料。最近，韩国的一个研究小组取得了一项重大突破，通过对细菌进行工程改造，生产出了具有环状结构的聚合物，从而提高了塑料的硬度和热稳定性。

由于这些分子通常对微生物有毒，因此研究人员必须构建一种新的代谢途径，使大肠杆菌既能生产聚合物，又能耐受聚合物及其组成构件的积累。

这种聚合物可生物降解，其物理性质可用于药物输送等生物医学应用，但还需要更多的研究。该研究成果于8月21日发表在细胞出版社出版的《生物技术趋势》杂志上。

"我认为生物制造将是成功缓解气候变化和全球塑料危机的关键，"资深作者、韩国高等科学技术学院化学和生物分子工程师李相邑说。"我们需要开展国际合作，推广生物制造，这样才能确保我们的未来有一个更好的环境。"

大多数用于包装和工业用途的塑料都含有环状"芳香"结构--例如 PET 和聚苯乙烯。以前的研究已经成功地创造出了能够生产由芳香族和脂肪族（非环状）单体交替组成的聚合物的微生物，但这是微生物首次生产出完全由芳香族侧链单体组成的聚合物。

30 升饲料批量发酵芳香族聚合物。资料来源：Minju Kang 和 Sang Yup Lee

为此，研究人员首先通过重组来自其他微生物的酶，构建了一条新的代谢途径，使细菌能够产生一种叫做苯基内酯的芳香族单体。然后，他们利用计算机模拟，设计出了一种聚合酶，这种酶能将这些苯基内酯构件有效地组装成聚合物。

李说："这种酶比自然界中的任何酶都能更有效地合成聚合物。根据其特性，我们认为这种聚合物尤其适合用于药物输送。它的强度不如 PET，主要是因为分子量较低。"

在优化了细菌的代谢途径和聚合酶后，研究人员在 6.6 升（1.7 加仑）的发酵桶中培养微生物。最终菌株能够生产 12.3 克/升的聚合物（聚 D 苯基乳酸）。为了将产品商业化，研究人员希望将产量提高到至少 100 克/升。

今后，研究人员计划开发更多类型的芳香族单体和具有各种化学和物理特性的聚合物--例如，具有工业应用所需的更高分子量的聚合物。他们还在努力进一步优化他们的方法，以便将其推广开来。

李说："如果我们在提高产量方面投入更多精力，那么这种方法也许就能实现更大规模的商业化。我们正在努力提高生产工艺和回收工艺的效率，以便能够经济地提纯我们生产的聚合物。"

编译自/ScitechDaily

DOI: 10.1016/j.tibtech.2024.06.001

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