科技日報記者劉霞 張夢然
韓國科學(xué)技術(shù)院科學(xué)家通過對微生物進(jìn)行基因工程改造，首次制備出類似尼龍的堅固且柔韌的生物塑料。相關(guān)研究論文發(fā)表于17日出版的《自然·化學(xué)生物學(xué)》雜志。
全球每年會產(chǎn)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、人類和地球健康。盡管科學(xué)家已利用細(xì)菌生產(chǎn)出聚羥基烷酸酯（PHA）等聚酯，但在利用細(xì)菌生產(chǎn)服裝鞋帽所需的尼龍類材料方面始終未能實現(xiàn)，其難點(diǎn)在于自然界缺乏合成此類聚合物的天然酶。
為攻克這一難題，研究團(tuán)隊此次修改了一系列細(xì)菌物種的酶編碼基因，并將改造后的DNA環(huán)插入大腸桿菌體內(nèi)。隨后，這些“定制”基因成功表達(dá)出幾種新型天然酶，而這些酶可連接分子鏈以產(chǎn)生出聚合物。
最終，團(tuán)隊得到了聚酯酰胺（PEA）生物塑料，其主要由聚酯和少量類似尼龍的酰胺鍵組成。測試結(jié)果表明，其中一種PEA的物理、熱和機(jī)械性能與聚乙烯相當(dāng)。聚乙烯是目前使用范圍最廣的商用塑料之一。
團(tuán)隊表示，借助大型生物反應(yīng)器，他們可擴(kuò)大上述生產(chǎn)流程的規(guī)模。然而，這一“微生物工廠”的產(chǎn)業(yè)化之路仍面臨諸多挑戰(zhàn)。這些PEA聚合物體積龐大，無法穿過細(xì)胞壁，需要粉碎大腸桿菌才能將其釋放出來。此外，在將產(chǎn)品加工成薄膜或顆粒之前，還需進(jìn)行復(fù)雜的純化過程。
目前，這種從微生物中提取出來的生物塑料成本高于石油衍生塑料。真正的尼龍需要100%的酰胺鍵，而他們得到的產(chǎn)品中酰胺鍵僅占少數(shù)。所以，借助細(xì)菌生產(chǎn)出真正的尼龍還需假以時日。
