合成微生物生态系统可持续地将塑料升级为可生物降解的聚合物

　　研究人员没有试图合成一种可以完成所有升级回收步骤的单一生物，而是利用两种细菌有效地将一种最常见的塑料——聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)——降解成无毒、环保、可生物降解的聚合物。该研究论文由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校生物工程教授Ting Lu博士、麻省理工学院医学工程与科学教授James J. Collins博士及其同事发表。

　　

为了应对全球塑料污染的惊人增长，研究人员开发了一种合成微生物生态系统，可以共同将塑料升级为所需的化学物质。研究人员没有试图合成一种可以完成所有升级回收步骤的单一生物，而是利用两种细菌有效地将一种最常见的塑料——聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)——降解成无毒、环保、可生物降解的聚合物。

这篇题为“塑料升级回收的工程微生物分工”的研究论文发表在《Nature Communications 》上，由伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校生物工程教授Ting Lu博士、麻省理工学院医学工程与科学教授James J. Collins博士及其同事发表。

Michael Elowitz和Stanislas Leibler在合成基因电路方面的开创性工作，开创了合成生物学领域，被列为科睿唯安(Clarivate)的2023年引文奖得主之一，这些研究人员的工作被认为具有诺贝尔奖的地位。

两个总比一个好

利用微生物进行生物转化正迅速成为传统聚合物升级回收方法的可行替代方案，因为它有可能简化生产过程，并将废物降解和产品生成结合起来。例如，已经发现了各种微生物分离物，并用于分解和吸收PET。也有经过改造的细菌和真菌菌株可以加速PET的水解，将塑料垃圾转化为有用的化学品和产品。

尽管有这些有希望的进展，聚合物升级回收的复杂性对目前专注于单一培养的生物转化方法提出了几个挑战。

该论文的共同主要作者包腾、钱元超和辛永平对两种土壤细菌进行了改良Pseudomonas putida降解PET。每个菌株只负责处理化学塑料分解产生的两种化合物中的一种:对苯二甲酸或乙二醇。当串联使用而不是对两种产品使用单一菌株时，这些菌株提高了生产率。然后，细菌将塑料升级为可生物降解的聚合物中链长聚羟基烷酸酯(mcl-PHA)和聚氨酯和己二酸前体顺式-顺式黏液酸酯(MA)。聚氨酯用于绝缘体、泡沫、涂料和粘合剂，尼龙由己二酸制成。

该设计升级回收联合体可用于制造除mcl-PHA和muconate之外的更多化学物质。他们可以通过添加新的生物合成途径，并利用其模块化结构将其连接到TPA和EG分解代谢的主要代谢节点来实现这一目标。此外，虽然这项研究仅限于PET的升级回收，但其潜在的概念和策略可能适用于其他类型塑料的处理，从而为发展可持续的生物经济提供了见解。