在科学领域首次，研究人员将塑料废弃物转化为帕金森病（PD）的一种主要治疗药物。
在一项概念验证研究中，研究人员利用工程化细菌将聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）——一种广泛用于瓶子和食品包装的塑料——转化为左旋多巴（L-DOPA）。
研究人员对大肠杆菌进行了工程化改造，使其通过一系列生物反应将PET的一种化学构建单元转化为左旋多巴，转化率达到84%，产量为5.0克/升，相当于数个早期临床剂量的药物。
尽管仍处于早期阶段，但该过程有望为药物开发带来前景，并将塑料污染重新定义为潜在的药物原料来源，研究负责人、苏格兰爱丁堡大学化学生物技术教授Stephen Wallace博士表示。
“左旋多巴药物的结构看起来与塑料废弃物非常相似，”他告诉Medscape医学新闻。“它与这种药物在化学上具有相似性——足以让我们真正认为这是可能的。”
该研究于3月16日在线发表在《自然·可持续发展》期刊上。
一种更好的左旋多巴生产方法？
目前，左旋多巴的全球年产量约为250吨，主要通过化学或化学酶法合成，这些方法依赖于石化原料。
这些有限资源的提取和加工过程能耗高、碳排放量大，整个制药行业在2019年的碳足迹估计比汽车行业高出55%。
随着人口老龄化导致帕金森病患病率上升，该药物的需求预计将增长。一项研究估计，到2050年，全球帕金森病患者人数将增加一倍以上，达到2520万。
全球每年PET产量估计为5600万吨，几乎所有PET在使用一次后便成为废弃物。
“塑料废弃物通常被视为环境问题，但它也代表着大量未开发的碳源，”Wallace在一份声明中表示。“通过工程生物学将塑料转化为基本药物，我们展示了废弃材料如何被重新构想为支持人类健康的宝贵资源。”
该研究开发的这种方法利用合成生物学，将来自其他几种微生物的天然基因拷贝插入大肠杆菌中，使其获得天然不具备的代谢途径。来自丛毛单胞菌属的基因将PET塑料分解时释放的构建单元——对苯二甲酸——转化为一种化学中间体；来自肺炎克雷伯菌的基因将该中间体简化为一种名为儿茶酚的分子；来自具核梭杆菌的基因则执行最后一步，将儿茶酚与其他化合物结合形成左旋多巴。
所有这些基因都位于工程化的大肠杆菌内，由它完成所有工作。整个过程大约需要27小时。
Wallace将这个过程比作啤酒酿造，只不过“细菌不再将糖转化为酒精，而是将分解后的塑料瓶转化为帕金森病所需的左旋多巴。”
同一研究团队此前曾利用工程化大肠杆菌将PET转化为对乙酰氨基酚。新工作首次将该平台扩展至神经治疗药物。
从塑料瓶到药物靶点
研究人员测试了三种PET废弃物来源：在爱丁堡发现的一个废弃的消费后塑料瓶、来自一家制造合作伙伴的工业烫印箔，以及经过酶解聚的PET包装薄膜。三者均产出了左旋多巴，但消费后塑料瓶的转化率较低，归因于低等级消费塑料中残留的增塑剂。
在该过程能够为药物供应链做出贡献之前，仍有大量工作要做。
“我认为我们目前面临的主要障碍是规模化，”Wallace说。“将这个过程从现在研究实验室中的一个小试管，扩展到实际生产出足量药物的全尺寸生物反应器，并非易事。”
然而，他指出，对于产量较低的发酵技术，类似的生物反应器放大已经实现，并且他的团队已获得资金，正在与制药行业合作伙伴合作推进该过程。
还需要进行额外工作，以确认最终产品中不存在增塑剂和其他污染物，将生物合成基因整合到细菌基因组中以消除对抗生素依赖性质粒的维持，并进行生命周期和技术经济评估。
Wallace强调，最终药物不会含有微塑料。“我们实际上是在将塑料材料喂给细菌之前将其分解。因此，在这个过程中没有塑料，”他说。“而且由此制成的药物必须经过任何其他药物都必须经过的分析和监管程序。”
他还强调了这项工作的早期阶段性质。“重要的是要强调，这是一项相当早期的发现，我们报告的根本不是一种制造过程，”他说。
该研究由英国研究与创新署和工业生物技术创新中心资助。Wallace报告称没有相关经济利益关系。
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