改造微生物制成新塑料

　　研究人員對微生物進行基因工程改造，首次生產出一種類似尼龍的堅固、柔韌的塑料。3月17日，他們在《自然-化學生物學》報告稱，過去細菌曾被用來生產聚羥基烷酸酯等聚酯，但像服裝和鞋類生產中使用的尼龍類塑料很難制造出來。

　　大腸桿菌通過產生聚合物儲存營養物質。圖片來源：Steve Gschmeissner/Science Photo Library

　　全球每年產生約4億噸不可降解的石油基塑料廢物和微塑料，危及野生動物生存、人類健康和地球環境。“這項工作強調了生物學在幫助解決這一危機方面的作用。”澳大利亞Uluu公司的酶工程主管Colin Scott說。該公司利用微生物從海藻中生產可降解聚羥基烷酸酯。

　　論文通訊作者、韓國科學技術院生物分子工程師李相燁表示：“細菌會自然產生聚合物，以在營養匱乏時儲存營養物質，但利用細菌制造類似尼龍的塑料具有挑戰性，因為沒有天然酶可以產生這種類型的聚合物。”

　　為解決這個問題，研究人員在一系列細菌物種中修改了酶編碼基因，并將其作為名為質粒的環狀DNA插入大腸桿菌，后者通常用于概念驗證工作。然后，這些基因編碼了幾種新的天然酶，這些酶可以連接分子鏈以產生聚合物。最終產品是一種名為聚酯酰胺（PEA）的生物塑料，主要由聚酯和少量類似尼龍的酰胺鍵組成。

　　“尼龍是一種100%含酰胺鍵的聚合物，所以細菌能夠正確模仿這種塑料還有很長的路要走。”李相燁說。

　　測試表明，這種PEA的物理、熱學和機械性能與聚乙烯相當，后者是應用最廣泛的商業塑料之一。

　　不過，日本神戶大學的生物生產工程師田口誠一表示，由于氨基酸與聚合物反應的頻率較低，這種塑料不太可能像聚乙烯那樣堅固。“在聚合物中添加氨基酸通常會發生鏈終止，從而產生低分子量的死聚合物。”

　　研究團隊利用大型生物反應器，使PEA產量達約54克/升，這表明可以擴大生產規模。然而，在將這項實驗室研究轉化為工業化過程前，仍有許多障礙需要克服。

　　因為這些PEA聚合物體積龐大，不能穿過細胞壁，需要粉碎大腸桿菌才能釋放它們。此外，在將產品加工成薄膜或顆粒前，需要經過純化過程。

　　“目前，我們的微生物路線比石油基塑料更昂貴。”李相燁說，隨著進一步優化，“預計生產成本將逐步下降”。