韓國研究人員改造大腸桿菌開發出一種可生物分解聚合物塑料
全世界的生物工程學家一直在努力開發能夠生產塑膠的微生物以取代石油基塑膠。最近，韓國的研究小組取得了一項重大突破，透過對細菌進行工程改造，生產了具有環狀結構的聚合物，從而提高了塑膠的硬度和熱穩定性。
由於這些分子通常對微生物有毒，因此研究人員必須建立一種新的代謝途徑，使大腸桿菌既能生產聚合物，又能耐受聚合物及其組成構件的累積。
這種聚合物可生物降解，其物理性質可用於藥物傳輸等生物醫學應用，但仍需要更多的研究。這項研究成果於8月21日發表在細胞出版社出版的《生物技術趨勢》期刊。
“我認為生物製造將是成功緩解氣候變遷和全球塑膠危機的關鍵，」資深作者、韓國高等科學技術學院化學和生物分子工程師李相邑說。 “我們需要開展國際合作，推廣生物製造，這樣才能確保我們的未來有一個更好的環境。”
大多數用於包裝和工業用途的塑膠都含有環狀”芳香”結構–例如PET 和聚苯乙烯。先前的研究已經成功地創造出了能夠生產由芳香族和脂肪族（非環狀）單體交替組成的聚合物的微生物，但這是微生物首次生產出完全由芳香族側鏈單體組成的聚合物。
30 公升飼料批量發酵芳香族聚合物。資料來源：Minju Kang 和Sang Yup Lee
為此，研究人員首先透過重組來自其他微生物的酶，建構了一條新的代謝途徑，使細菌能夠產生一種稱為苯基內酯的芳香族單體。然後，他們利用電腦模擬，設計出了一種聚合酶，這種酵素能將這些苯基內酯構件有效地組裝成聚合物。
李說：”這種酶比自然界中的任何酶都能更有效地合成聚合物。根據其特性，我們認為這種聚合物尤其適合用於藥物輸送。它的強度不如PET，主要是因為分子量較低。
在優化了細菌的代謝途徑和聚合酶後，研究人員在6.6 公升（1.7 加侖）的發酵桶中培養微生物。最終菌株能夠生產12.3 克/公升的聚合物（聚D 苯基乳酸）。為了將產品商業化，研究人員希望將產量提高到至少100 克/公升。
今後，研究人員計劃開發更多類型的芳香族單體和具有各種化學和物理特性的聚合物–例如，具有工業應用所需的更高分子量的聚合物。他們也正在努力進一步優化他們的方法，以便將其推廣開來。
李說：”如果我們在提高產量方面投入更多精力，那麼這種方法也許就能實現更大規模的商業化。我們正在努力提高生產工藝和回收工藝的效率，以便能夠經濟地提純我們生產的聚合物。
編譯自/ ScitechDaily