研究人员已经证明，经过基因改造的**大肠杆菌（E. coli）**可以将回收塑料瓶中的分子转化为对乙酰氨基酚（扑热息痛）。这一发现为药物生产提供了一种可持续的方法。
这项研究发表在《自然化学》杂志上，展示了一种利用废弃塑料而非化石燃料生产这种常见止痛药的低排放方法。
为什么塑料废物和对乙酰氨基酚是一个化学挑战？
每年生产的塑料超过4.5亿吨，其中大部分是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），用于饮料瓶和食品包装。虽然PET具有强度高、重量轻且成本低廉的优点，但其难以在不降级的情况下被重复使用。目前大多数PET回收仍会导致更多的塑料产生，或者最终进入垃圾填埋场和海洋。
与此同时，像对乙酰氨基酚这样的简单药物生产仍然依赖于化石燃料。其生产过程从苯酚开始——一种从原油中提取的化学物质——并且消耗大量能源。尽管这种方法高效，但并不具备可持续性。
近年来，科学家们开始结合化学和合成生物学工具，在微生物体内制造化学品。目标是训练基因改造细菌利用废弃物（如PET）进行工业化学反应。虽然取得了一些进展，但在活细胞内构建新反应仍然困难重重，因为大多数已知的化学反应无法在生物系统中正常运作。
Lossen重排反应是一种将某些羧酸转化为胺的简单化学反应。迄今为止，该反应从未在细胞内实现，也未与代谢直接关联。
本研究的目标是测试这种通常在实验室中使用的化学反应是否可以在细菌内部运作，并用于将塑料废物转化为药物产品。
工程化大肠杆菌利用PET生产对乙酰氨基酚
研究团队首先测试了大肠杆菌是否能够在细胞内部完成Lossen重排反应。他们使用了一种无法自行生成对氨基苯甲酸（PABA）的大肠杆菌菌株，并向其喂食一种设计用来转化为PABA的分子。
对氨基苯甲酸（PABA）
细菌用于合成叶酸的化合物，而叶酸对于DNA合成和细胞生长至关重要。
细菌开始生长，这表明反应确实在细胞内部发生，且不会对其造成伤害。
该反应由磷酸盐催化，而磷酸盐已经是生长培养基中的成分之一，因此完全兼容活细胞。
随后，研究人员从塑料废料中制备了相同的起始分子，具体来说是从消费后PET瓶中提取的对苯二甲酸。
整个过程分为两步。当以PET衍生分子喂养工程化大肠杆菌时，再次支持了细菌的生长，这表明塑料废物可以转化为生物有用的材料。转化过程在温和的类似发酵条件下进行，室温即可，无需高压或有毒试剂。
为了进一步推进实验，研究人员向细菌中添加了两个基因：一个来自真菌，另一个来自另一种细菌。这些基因编码的酶可将PABA转化为对乙酰氨基酚。
在这些工具就位后，大肠杆菌能够以高达92%的产率从基于PET的起始材料中生成对乙酰氨基酚，包括从实际塑料废物开始时高达83%的产率。
整个反应在不到48小时内完成，且未检测到有毒副产物。
这对塑料回收和药物制造意味着什么？
研究表明，对乙酰氨基酚可以通过消费后PET生产，而不是依赖化石燃料。该工艺能耗更低，避免了有毒副产物，并可能减少制药过程中产生的排放。
这是首次证明像Lossen重排这样的非酶促反应能够在活细胞内运作并与代谢直接关联，从而开启了利用合成化学工具（而不仅仅是生物学工具）设计新型细胞过程的大门。
“这项工作表明，PET塑料不仅仅是废物或注定要变成更多塑料的材料——它可以通过微生物转化为有价值的全新产品，包括那些具有治疗疾病潜力的产品，”该研究的主要作者、爱丁堡大学化学生物技术教授Stephen Wallace博士表示。
然而，该系统尚未扩展到工业水平。塑料仍需在发酵开始前单独分解。目前，这更像是一个框架，而非完整的解决方案。
研究团队正在努力在生物反应器中扩大这一过程，整合塑料降解步骤，并将该化学方法应用于其他目标。他们还计划进行生命周期评估，以衡量其在现实世界中的环境影响。
“我们正在引入像阿斯利康（AstraZeneca）这样的卓越公司，与Stephen及其他爱丁堡大学的研究人员合作，将这些前沿发现转化为改变世界的创新，”爱丁堡创新学院科学与工程学院业务发展主管Ian Hatch表示。
“工程生物学提供了巨大的潜力，可以打破我们对化石燃料的依赖，建立循环经济，并创造可持续的化学品和材料，我们欢迎潜在合作伙伴与我们联系，”他补充道。
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