微生物“变身”类尼龙塑料工厂
发布时间: 2025-03-24 11:45:30
科技日报北京3月19日电（记者刘霞 张梦然）韩国科学技术院科学家通过对微生物进行基因工程改造，首次制备出类似尼龙的坚固且柔韧的生物塑料。相关研究论文发表于17日出版的《自然·化学生物学》杂志。
大肠杆菌（如图）产生聚合物来储存营养。图片来源：英国《自然》网站
全球每年会产生约4亿吨不可降解的石油基塑料废物和微塑料，危及野生动物、人类和地球健康。尽管科学家已利用细菌生产出聚羟基烷酸酯（PHA）等聚酯，但在利用细菌生产服装鞋帽所需的尼龙类材料方面始终未能实现，其难点在于自然界缺乏合成此类聚合物的天然酶。
为攻克这一难题，研究团队此次修改了一系列细菌物种的酶编码基因，并将改造后的DNA环插入大肠杆菌体内。随后，这些“定制”基因成功表达出几种新型天然酶，而这些酶可连接分子链以产生出聚合物。
最终，团队得到了聚酯酰胺（PEA）生物塑料，其主要由聚酯和少量类似尼龙的酰胺键组成。测试结果表明，其中一种PEA的物理、热和机械性能与聚乙烯相当。聚乙烯是目前使用范围最广的商用塑料之一。
团队表示，借助大型生物反应器，他们可扩大上述生产流程的规模。然而，这一“微生物工厂”的产业化之路仍面临诸多挑战。这些PEA聚合物体积庞大，无法穿过细胞壁，需要粉碎大肠杆菌才能将其释放出来。此外，在将产品加工成薄膜或颗粒之前，还需进行复杂的纯化过程。
目前，这种从微生物中提取出来的生物塑料成本高于石油衍生塑料。真正的尼龙需要100%的酰胺键，而他们得到的产品中酰胺键仅占少数。所以，借助细菌生产出真正的尼龙还需假以时日。
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