一种新型工程微生物可将木质素转化为PDC（2-吡喃-4,6-二羧酸）——一种生物塑料的关键单体。

通过一些基因上的调整，一种对碳氢化合物有兴趣的土壤细菌显示出作为一个生物工厂的潜力，将一种可再生但令人沮丧的尚未开发的资源（木质素）转化为一种无处不在的塑料的替代品。

像威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员一样，能源部资助的大湖生物能源研究中心希望在燃料和其他化学物质的生产中把木质植物变成石油的替代品，他们一直在研究构成植物细胞壁大部分的纤维纤维素中的糖。

威斯康星大学麦迪逊分校博士后研究员Alex Linz研究了一种用N. aromaticivorans（黄色）划线的板块，这种土壤细菌可以将可再生来源 - 植物细胞中的木质素 - 转化为石油基塑料的替代品。摄影：ChelseaMamott，GLBRC

获取这些糖的大部分工作都涉及去除木质素，一种填充纤维素和细胞壁其他化学成分空隙之间的聚合物。

这会留下很多有用的纤维素，但也会留下很多木质素，而这些木质素从未有太大的价值。一个多世纪以来，造纸厂一直在从木材中剥离木质素来造纸，但发现木质素的价值微乎其微，以至于只能在造纸厂的锅炉中燃烧。

威斯康星州麦迪逊分校土木与环境工程研究生Miguel Perez说：“他们说除了钱，你可以从木质素中获得任何东西。”

但他们可能不知道Novosphingobiumaromaticivorans（一种细菌）和他做的工作。

Perez，土木和环境工程教授Daniel Noguera及其同事在GLBRC和威斯康星能源研究所发表了绿色化学杂志，采用了一种策略，采用N. aromaticivorans将木质素转化为更有价值的商品。

“木质素是地球上芳烃化合物中最丰富的来源 - 石油除外 - ”Noguera说，就像那些用来制造石油化学品和塑料的那些。但是，众所周知，大而复杂的木质素分子难以有效地分解成有用的组成部分。

土木与环境工程教授Daniel Noguera和GLBRC和威斯康星能源研究所（Wisconsin Energy Institute）的同事Perez在《绿色化学》（Green Chemistry）杂志上发表了一篇重要文章，提到一种策略和思路，旨在利用N. aromaticivorans将木质素转化为更有价值的商品。

“除石油外，木质素是地球上芳烃化合物中最丰富的来源  ”Noguera说，就像那些用来制造石油化学品和塑料的。但是，众所周知，大而复杂的木质素分子难以有效地分解成有用的组成部分。

微观的N. aromaticivorans细菌首先从受石油产品污染的土壤中分离出来，当它遇到GLBRC科学家时，已经有了一个有益的胃口。他们对微生物的基因调整可以用于可再生塑料行业。图片由GLBRC提供

进入细菌，这是在石油产品污染后，在富含芳香化合物的土壤中繁殖时首先被分离出来的细菌。

在其他微生物挑选的地方，N.aromaticivorans是木质素中芳烃的生物漏斗。它的独特之处在于它几乎可以将所有不同的木质素消化成较小的芳香烃。

佩雷斯说：“以前尝试过的其他微生物可能能够消化木质素中的几种芳香剂。”“当我们遇到这种微生物时，它已经擅长降解各种化合物。这使得这种微生物非常有前途。”

在其消化过程中，微生物将这些芳香族化合物转化为2-吡喃-4,6-二羧酸-可称为PDC。通过从他们的微生物中去除三个基因，研究人员把中间的PDC变成了这一系列的末端。这些工程细菌变成了一个漏斗，不同的木质素碎片进入其中，然后流出PDC。

日本的生物工程师使用PDC制造各种可用于消费品的材料。佩雷斯说：“他们发现这种化合物与PET聚合物最常见的石油基添加剂基本相同，甚至更好，如塑料瓶和合成纤维，这是世界上最常见的聚合物，”

它将是一种有吸引力的塑料替代品，在环境中自然分解，并且不会将激素模拟化合物浸入水中，如果只有PDC更容易获得。

“没有工业流程可以做到这一点，因为现有路线很难制造PDC，”Noguera说。“但是果我们用纤维素生产生物燃料并生产木质素，我们过去常常燃烧处理掉，而且我们可以有效地将木质素转化为PDC，这可能会改变这种化合物的工业用途市场。”

目前，N.aromaticivorans的工程变异可以将至少59％的木质素潜在有用化合物转化为PDC。但这项新研究显示出更大的潜力，佩雷斯的目标是进一步操纵微生物的转化。

“如果我们能够以足够的速度生产这种产品，并且产量足够，我们可能会创造一个新的产业，”Noguera说。

威斯康星州校友研究基金会已就此技术提交了专利申请。该研究由能源部（BER DE-FC02-07ER64494和DE-SC0018409）和智利国家科学技术研究委员会资助。

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