《Nature Chemical Biology》科学家首次用工程细菌造出“尼龙”

时间:2025年3月19日
来源:Nature Chemical Biology

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这种生物塑料具有延展性,但生产成本高于化石燃料塑料。

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研究人员首次通过基因工程改造微生物,生产出一种类似于尼龙的坚固且柔韧的塑料。  

过去,细菌已被用于生产聚酯类物质,如聚羟基脂肪酸酯(PHAs),但像尼龙这样用于服装和鞋类制造的塑料一直难以生产,作者们在今天的《Nature Chemical Biology》中报告。  

“这项工作非常出色,”澳大利亚珀斯的Uluu公司酶工程负责人Colin Scott说,该公司利用微生物从海藻中生产可堆肥的PHAs。  

全球每年生产约4亿吨不可降解的石油基塑料废物和微塑料,这些物质对野生动物、人类健康和地球构成了威胁。“这项工作真正突出了生物学在应对这一危机方面能发挥多大的作用,”Scott说。  

细菌会在资源匮乏时自然产生聚合物以储存营养,但利用细菌制造尼龙类塑料是一个挑战,因为自然界中没有能够产生这种聚合物的酶,韩国大田的韩国科学技术院生物分子工程师Sang Yup Lee说。  

为了解决这一问题,研究人员修改了多种细菌物种的酶编码基因,并将它们作为质粒(一种DNA环)插入大肠杆菌中,大肠杆菌常用于概念验证工作。  

这些基因随后编码了多种自然界中不存在的酶,这些酶可以将分子链连接起来形成聚合物。最终产物是一种名为聚酯酰胺(PEA)的生物塑料,主要由聚酯组成,并包含少量类似尼龙的酰胺键。  

尼龙是一种100%由酰胺键组成的聚合物,因此在细菌能够完全模仿这种塑料之前,还有很长的路要走,Lee说。  

测试结果显示,一种PEA的物理、热学和机械性能与聚乙烯相当,聚乙烯是目前最广泛使用的商业塑料之一。  

然而,日本神户大学的生物生产工程师Seiichi Taguchi表示,由于氨基酸被纳入聚合物的频率较低,这种塑料不太可能像聚乙烯那样坚固。他还指出,向聚合物中添加氨基酸通常会导致链的终止,从而产生分子量较低的短链聚合物。

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