重庆大学校庆专刊：合成生物学在生物基塑料制造中的应用

时间：2020-11-10 20:02:18来源：互联网

背景介绍：合成生物学是一门颠覆性的新兴交叉学科，是生命科学领域的伟大革命，应用于生物能源、环境保护、生物医药、食品科学和大宗化学品制造等领域。塑料制品与人们生产、生活息息相关，广泛应用于医疗制品、食品包装、汽车和通讯等行业。工程塑料作为金属的替代品，可作为工程结构材料使用，在苛刻的化学、物理环境中展现出优良的综合性能。现在使用的塑料制品大部分是由石油化工生产的石油基塑料，随着石油资源逐步匮乏和突出的环保问题，以可再生的天然生物质资源为原料，通过合成生物学构建工程细菌或工程细胞来生产生物基塑料，具有愈加广阔的市场应用前景。

本文亮点：综述了合成生物学的发展和重要的合成生物学技术，生物传感器、基因编辑和基因芯片等重要技术；介绍了生物基塑料的市场发展情况和新型材料的发展状况；重点综述了利用合成生物学技术构建聚羟基烷酸酯(PHA)、尼龙家族工程塑料、聚乳酸(PLA)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)等生物基塑料聚合物单体及其衍生物的代谢途径和工程优化领域的应用研究。并对当前合成生物学在生物基塑料制造应用研究中存在的问题进行了深入分析，对其发展方向进行了展望。

合成生物学在尼龙家族工程塑料中的应用实例。工程塑料尼龙6(6-氨基己酸(6-Aminocaproicacid，6ACA))采用合成生物学技术合成。我们课题组构建了多酶分子机器RaiP+LeuABCD+KivD+PadA，见图1。以大宗化学品赖氨酸为原料，通过赖氨酸脱氨基产物2-酮酸和乙酰辅酶A聚合引发链延伸循环，实现了+1C获得产物6ACA。但此循环反应体系中，碳链不断增长，实际产物中既出现了+2C反应产物7AHA，同时仍有大量未能成功+1C的副产物5AVA生成。最终产物为5AVA 99.2 mg/L，6ACA 47.0 mg/L，7AHA 4.78 mg/L，即总的非天然直链氨基酸(NNSCAAs)的产量为140.98 mg/L。下一步拟通过定向进化和溶剂强化等技术，提高6ACA的合成效率，并解析碳链延伸循环圈的作用机制。