植物也能產「塑料」？工程微生物是從植物中生產塑料的關鍵！

通過一些基因上的調整，一種對碳氫化合物有胃口的土壤細菌有望成為一個生物工廠，將一種可再生但令人沮喪的未開發資源轉化為無處不在的塑料替代品。像威斯康辛大學麥迪遜分校(University of wisconsin - madison)能源資助的大湖生物能源研究中心(Great Lakes Bioenergy Research Center)研究人員一樣，他們希望把木本植物變成石油的替代品，用於生產燃料和其他化學製品，此前他們一直在尋找構成植物細胞壁纖維纖維素中的糖分。獲取這些糖的大部分工作包括剝離木質素，這是一種聚合物，填補了纖維素和細胞壁中其他化學成分之間的空隙。

博科園-科學科普：這就留下了很多有用的纖維素，但也留下了很多木質素，而木質素從來沒有多少價值。一個多世紀以來，造紙廠一直在從木材中提取木質素來造紙，但發現木質素的價值微乎其微，只能在造紙廠的鍋爐里燃燒。威斯康辛大學麥迪遜分校土木與環境工程學研究生米格爾?佩雷斯表示：除了錢，木質素可以做任何事情。但是他們可能不像他那樣了解諾沃斯芬哥賓芳香麝香貓。佩雷斯、土木和環境工程學教授丹尼爾·諾格拉(Daniel Noguera)以及GLBRC和威斯康辛能源研究所的同事們在《綠色化學》(Green Chemistry)期刊上發表了一篇論文。

威斯康辛大學麥迪遜分校博士後研究員亞歷克斯·林茲(Alex Linz)研究了一個帶有N.芳香果子蘭(黃色)條紋的盤子。芳香果子蘭是一種土壤細菌，可以將一種可再生資源（植物細胞中的木質素）轉化為石油基塑料的替代品。圖片：Chelsea Mamott, GLBRC

研究如何利用N.芳香麝香樹將木質素轉化為更有價值的商品。Noguera說：木質素是地球上除石油外最豐富的芳香族化合物來源。但是，眾所周知，這種巨大而複雜的木質素分子很難有效地分解成有用的組成部分。進入細菌，這是第一次分離，而蓬勃發展的土壤中富含芳香族化合物後，石油產品污染。在其他微生物挑挑揀揀的地方，芳香麝香是木質素中芳烴的生物漏斗。它的獨特之處在於，它可以將幾乎所有不同木質素分解成更小的芳香烴。以前嘗試過的其他微生物可能能夠消化木質素中發現的幾種芳香化合物，當遇到這種微生物時，它已經能夠很好地降解多種化合物。這使得這種微生物非常有前途。

在它的消化過程中，微生物將這些芳香化合物轉化為2-吡咯-4,6-二羧酸——更易於管理的名稱是PDC。通過從微生物中去除三個基因，研究人員把中間的PDC變成了這條線的末端。這些工程菌變成了一個漏斗，不同的木質素進入其中，PDC從其中流出。日本生物工程師已經使用PDC製造出各種各樣的材料，這些材料將對消費品有用。研究發現這種化合物的性能與PET聚合物中最常見石油基添加劑相同，甚至更好。PET聚合物包括塑料瓶和合成纖維，是目前世界上生產最常見的聚合物。這將是一種很有吸引力的塑料替代品（在環境中自然分解，而且不會將類似激素的化合物滲入水中）只要PDC更容易獲得。

顯微鏡下的N.芳香果子狸，最初是從被石油產品污染的土壤中分離出來的，當它遇到GLBRC的科學家時，已經有了一個有益的食慾。他們對微生物的基因改造可能會啟動可再生塑料產業。圖片：GLBRC

這是沒有工業流程可以做到這一點，因為現有的路線很難實現PDC。但是如果我們從纖維素中製造生物燃料，生產木質素（過去經常燃燒的東西）可以有效地將木質素轉化為PDC，這可能會改變這種化合物的工業應用市場。目前，芳香果子狸的基因工程變異可以將木質素中至少59%的潛在有用化合物轉化為PDC。但是這項新的研究顯示出更大的潛力，而且佩雷斯有進一步控制微生物的目標。如果能讓這條管道以足夠的速度、足夠的產量生產，就可能創造一個新的產業。

博科園-科學科普｜研究/來自: 威斯康星大學麥迪遜分校/Chris Barncard

參考期刊文獻:《Green Chemistry》

DOI: 10.1039/C8GC03504K

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