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Nat Biotech:首次利用细菌一步合成可降解塑料PLGA

已有 3900 次阅读 2016-4-9 14:59 |系统分类:论文交流

由韩国Korea Advanced Institue of Science and Technology(KAIST)的Lee Sang Yup教授领导的小组在Nature Biotechnology上发文报道了他们利用代谢工程将大肠杆菌改造成能够一步合成非天然高分子PLGA的工作。近年来,生物精炼技术将不可食用的生物质转变成燃料,热能和精细化学品的同时减少对化石燃料的依赖吸引了越来越多的注意。


聚乳酸-羟基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid),PLGA)由两种单体——乳酸和羟基乙酸随机聚合而成,是一种可降解的功能高分子有机化合物,具有良好的生物相容性、无毒、良好的成囊和成膜的性能,被广泛应用于组织工程支架,药物缓释载体、医用工程材料和现代化工业领域。在美国PLGA通过FDA认证,被正式作为药用辅料收录进美国药典。包括开环聚合法在内的有机合成是获得PLGA的经典方法,然而有机合成需要消耗大量的有机原料和能量,副反应和废弃物往往也对环境有害。因而寻求一种成本低廉工艺简单,绿色环保的PLGA的合成工艺,具有重大意义。


构成PLGA的元素是碳氢氧,而碳氢氧也构成了我们耐以生存的能量来源葡萄糖glucose,那么有没有可能把glucose变成PLGA?大自然给了我们一点启发,自然条件下,经过发酵,细菌能够将糖和脂质转化为天然的聚羟基脂肪酸(PHA)。那么有没有可能通过改造细菌的代谢通路,让细菌具备合成PLGA的能力?答案是Yes!通过改造大肠杆菌的代谢通路,只给大肠杆菌喂葡萄糖glucose和木糖xylose(两种单糖),经过发酵,离心收集,冻干之后便能分离提纯大量的PLGA,整个过程在发酵罐中完成,反应温和,对环境友好!技术细节如下:


如上图所示,通过质粒(质粒存在于许多细菌以及酵母等生物中,是细胞染色体外能够自主复制的很小的环状DNA分子)转染,研究人员往大肠杆菌中引入了Dahms通路,删除pstG基因使得大肠杆菌能够同时利用葡萄糖和木糖,从而使得细菌能够把木糖加工成羟乙酸(glycolate),一种重要的PLGA前体。Propionyl-CoA 转移酶将乳酸(D-lactate)和羟乙酸分别变成D-lactyl-CoA和glycolyl-CoA。D-lactyl-CoA和glycolyl-CoA在PHA合成酶的催化下最终变成了PLGA. 同时删除 adhE, frdB, pflB 和 poxB 有效地阻止了副反应的发生,提高了效率。


参考文献:

  1. So Young Choi, Si Jae Park, Won Jun Kim, Jung Eun Yang, Hyuk Lee, Jihoon Shin, Sang Yup Lee. One-step fermentative production of poly(lactate-co-glycolate) from carbohydrates in Escherichia coli. Nature Biotechnology, 2016; DOI: 10.1038/nbt.3485




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