微生物学家修改细菌以生产气候中性和可快速降解的生物塑料

在充气管中对蓝细菌进行简单的实验室培养。

蒂宾根大学的微生物学家对细菌进行修饰，以产生与气候无关的且可快速降解的生物塑料。

蓝细菌自然地将塑料作为光合作用的副产物生产，并且以可持续和环保的方式进行生产。蒂宾根大学的研究人员现在已经首次成功地改变了细菌的代谢，以生产出这种天然塑料，使其能够在工业上大量使用。这种新塑料可能会与对环境有害的石油基塑料竞争。由微生物学和感染医学学院联合研究所的卡尔·福尔切哈默教授领导的研究人员最近在《微生物细胞工厂》和《 PNAS》杂志上发表的几项研究中介绍了他们的发现。

可以在光生物反应器中培养大量的蓝细菌。

“这种生物塑料的工业相关性很难被高估，” Forchhammer说。目前每年生产约3.7亿吨塑料。据预测，未来十年全球塑料产量将再增长40％。一方面，塑料可以以多种方式使用并且便宜，例如作为食品包装。另一方面，这是环境问题日益严重的原因。越来越多的塑料废物最终进入自然环境，在那里以微塑料的形式污染海洋或进入食物链。此外，塑料主要由石油制成，燃烧时会释放出更多的二氧化碳到大气中。

这些问题的解决方案可能在于具有令人惊讶的特性的蓝细菌菌株。蓝藻属的蓝藻产生聚羟基丁酸酯（PHB），一种天然形式的塑料。PHB的使用方式类似于塑料聚丙烯，但在环境中可快速降解，而且无污染。但是，这些细菌产生的数量通常很少。图宾根研究小组成功地确定了细菌中的控制系统，该系统限制了固定碳向PHB的细胞内流动。去除相应的调节剂并进行进一步的遗传改变后，细菌产生的PHB数量大大增加，最终占细胞总质量的80％以上。“我们创造了名副其实的可塑性细菌，”发表在《微生物细胞工厂》上的这项研究的第一作者莫里茨·科赫博士说。

蓝细菌，也称为微藻或蓝藻，是我们星球上最不起眼但功能最强大的细菌之一。大约在23亿年前，正是蓝绿色藻类创造了我们的大气层，而臭氧层则通过光合作用保护了我们免受紫外线辐射。

新的变体显示PHB产量增加。

“从某种意义上说，蓝细菌是我们星球的隐性拥护者，”科赫强调。“这强调了这些生物的巨大潜力。”由于蓝绿色细菌只需要水，二氧化碳和阳光，研究人员认为它们是气候友好和可持续生产的理想选择。“一旦在工业上确立了这种地位，塑料的整个生产方式可能会发生革命性的变化，”科赫说。他说，长期目标是优化细菌的利用，并将其增加到可以大规模使用的地步。

参考：

Tim Orthwein，JörgScholl，PhilippSpät，Stefan Lucius，Moritz Koch，Boris Macek，Martin Hagemann和Karl Forchhammer于2021年2月发表的文章“新颖的PII相互作用子PirC将磷酸甘油酸突变酶确定为蓝细菌中碳存储代谢的关键控制点”，美国国家科学院院刊。DOI：
10.1073 / pnas.2019988118

最大限度地利用 Synechocystis sp. PCC 6803中的PHB含量：一种新的代谢工程策略，该策略基于Morir Koch，Jonas Bruckmoser，JörgScholl，Waldemar Hauf，Bernhard Rieger和Karl Forchhammer的调节剂PirC，2020年12月22日，微生物细胞工厂。
DOI：10.1186 / s12934-020-01491-1