微生物遗传与工程生物学摘自：https://doi.org/10.1021/acscentsci.3c00414

全球对PET材料的需求超过3M吨/年，其中80%为一次性使用，导致消费后PET废物约2.5M吨/年，造成全球塑料废物危机。通过回收利用PET塑料废物能减轻对环境的危害，如化学法解聚回收，此外，由于PET解聚产物乙二醇和对苯二甲酸是微生物代谢物，可成为重新代谢途径设计的可行底物，因此，还可以通过生物方法来回收利用，将PET塑料废物（如PET瓶和烫印箔）转化为大宗化学品如己二酸。

近日，来自爱丁堡大学的Stephen Wallace等人在ACS Central Science在线发表文章：Microbial Upcycling of Waste PET to Adipic Acid。

该研究首先在大肠杆菌中组装了从对苯二甲酸合成己二酸所需的酶，包括将对苯二甲酸氧化脱羧为原儿茶酸的两个酶（来自丛毛单胞菌属的异源三聚体O₂依赖性双加氧酶（由TphA1−2和TphB2亚基组成）和NAD+依赖性脱氢酶（由DCDDH基因编码），和催化原儿茶酸转化为己二酸的四个酶（来自肺炎克雷伯菌的原儿茶酸脱羧酶（由AroY编码）和4-羟基苯甲酸脱羧酶的B亚基（由KpdB编码），来自恶臭假单胞菌的非血红素Fe（III） 依赖性双加氧酶（由CatA编码）和来自凝结芽孢杆菌的[4Fe-4S]依赖性氧化还原酶（由BcER编码）。研究发现异源三聚体O₂依赖性双加氧酶和[4Fe-4S]依赖性氧化还原酶的活性都是途径的瓶颈。接下来，该研究将异源三聚体O₂依赖性双加氧酶组装在NAD+依赖性脱氢酶的5'端，形成pPCA1质粒，将剩余的途径基因构建在pAA4质粒中，其中将bcER组装在操纵子的5'端，并包含一个强核糖体结合位点（RBS），然后是aroY（中等RBS），kpdB（中等RBS）和catA（弱RBS），形成pAA4质粒，以增强合成途径的通量。通过将[4Fe-4S]依赖性氧化还原酶与工程大肠杆菌DD-2产生的氢气结合，并与生物相容性Pd催化剂结合，克服[4Fe-4S]依赖性氧化还原酶活性低的问题。通过将整个细胞固定在海藻酸盐水凝胶中，提高三聚体O₂依赖性双加氧酶和[4Fe-4S]依赖性氧化还原酶的活性，从而提高己二酸的产量。最终，在当细胞固定在含有对苯二甲酸的海藻酸盐水凝胶中时，反应在室温下的水介质中进行，在24小时内以79%的转化率(115 mg/L)产生己二酸。

在确认可以用工程大肠杆菌将对苯二甲酸转化为己二酸后，接下来，该研究评估了工程菌株是否可用于消费后的塑料废物。该研究分别将废弃的PET瓶和烫印箔样品用NaOH和乙醇(90°C, 1 h)解聚，在¹H NMR分析确证对苯二甲酸后，将其分别添加到alg-E.coli_pPCA1_-pAA4中，经HPLC测定产生己二酸65mg/L和96mg/L。

该研究验证了微生物细胞作为一种可行的生物技术用于塑料衍生小分子和PET塑料废物的升级回收。

（朱娇 摘译）