傳統(tǒng)塑料主要來源于石油，且無法自然降解，易造成污染。用生物技術(shù)生產(chǎn)可降解塑料替代石油基塑料，可從根本上解決上述問題，已被列入國家優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域。聚3-羥基丙酸(P3HP)是一種具有廣闊發(fā)展前景的新型可降解塑料，具有良好的材料性能和廣泛的應(yīng)用范圍，而目前已知的生物均不能天然合成聚3-羥基丙酸。
近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所生物基化學(xué)品團(tuán)隊在生物法合成聚3-羥基丙酸技術(shù)開發(fā)取得了一系列新進(jìn)展。研究人員分別克隆了不同來源的聚3-羥基丙酸合成所需的酶基因，在大腸桿菌中表達(dá)純化了相關(guān)酶并比較它們的催化活性，選擇具有最高活性的酶基因組合構(gòu)建了兩條合成聚3-羥基丙酸的代謝途徑，可利用葡萄糖、甘油等廉價可再生碳源生產(chǎn)聚3-羥基丙酸(圖1)。目前，聚3-羥基丙酸產(chǎn)量已達(dá)10.1 g/L，遠(yuǎn)高于其它文獻(xiàn)報道的最高產(chǎn)量(1.4 g/L)。
為進(jìn)一步改善聚3-羥基丙酸的材料性能，研究人員還在其中摻入了3-羥基丁酸單體。利用兩種獨(dú)立的基因表達(dá)調(diào)控系統(tǒng)來分別控制3-羥基丙酸和3-羥基丁酸前體的相關(guān)合成基因，通過對合成基因表達(dá)強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了單體比例和結(jié)構(gòu)完全可控的3-羥基丙酸與3-羥基丁酸共聚物合成，材料的熱力學(xué)性能和機(jī)械性能得到了明顯改善。
上述工作得到了中科院、科技部、國家自然科學(xué)基金委等單位項目支持。相關(guān)研究成果發(fā)表在Bioresour Technol、J Microbiol等雜志，并申請發(fā)明專利2項，建立了聚3-羥基丙酸合成關(guān)鍵技術(shù)包，為實現(xiàn)聚3-羥基丙酸的工業(yè)化發(fā)酵生產(chǎn)奠定了理論基礎(chǔ)。
圖1. 聚3-羥基丙酸(P3HP)及其合成途徑。
