大肠杆菌中的新反应如何帮助将塑料回收成扑热息痛

大肠杆菌中的新反应如何帮助将塑料回收成扑热息痛

科学家们正在利用大肠杆菌中的一种新反应，将废弃塑料转化为救生药物，为化学品制造建立一条可持续的途径。

一个通过合成有机化学中的损失重排或通过细胞代谢中的分支酸途径形成 C-N 键的策略的比较。乙拟议将非酶废物损失化学与细胞代谢相融合，以实现塑料废物的可持续合成和生物升级。 LG，集体出发。

在最近的一项研究中发表在期刊上天然化学研究人员展示了一项独特的实验，其中它们被激活大肠杆菌细菌催化一种经典但新颖的化学反应：活化的酰基异羟肟酸酯催化转化为胺。

他们的实验标志着相对新兴的生物相容性反应领域的突破。它允许研究人员利用损耗重传（一种本质上新颖的合成有机化学催化反应）将塑料（聚对苯二甲酸乙二醇酯 [PET]）废物转化为扑热息痛。通过将合成化学与生命系统相结合，这项研究开创了生物操作的新浪潮，其中微生物回收我们的废物并为我们提供救生药物。

背景

全球生物技术机器使用微生物，特别是大肠杆菌，作为廉价、高效和大规模生产多种有价值化学品的主力。不幸的是，传统生物技术操纵微生物遗传工具包的能力有限，严重限制了其应用范围。一些化学反应，例如损失重排，仍然仅限于合成化学实验室及其相关的可扩展性缺点。

为了解决这一局限性并扩大生物技术的影响，一种称为“生物相容性化学”的相对新颖的概念正在迅速发展。该概念结合了人类非酶有机反应和自然细胞代谢，显着扩大了可以生产它们的原材料微生物。

虽然生物相容性化学理论上可以将转基因微生物转化为生物燃料甚至药物，但必须满足在生理条件下实现无毒、高效化学的复杂挑战。到目前为止，实现这种微妙的平衡仍然是一个重大挑战。

关于该研究

在本研究中，研究人员发现标准细菌生长培养基中存在的磷酸盐离子可以在生物相容的条件下催化损失重排。 Wilhelm Losssen 在 1872 年进行了描述，这项以前仅限于合成化学实验室的实验涉及磷酸盐催化的异羟肟酸苯酯重排生成伯胺产物。

为了在活细胞中重现丢失重排，研究人员首先将活化的异羟肟酸底物与对羧基同步化。在 37 °C 的水性 M9 培养基中，生长培养基中的磷酸盐会催化该底物生成对氨基苯甲酸酯 (PABA)，这是叶酸生物合成的重要前体。

他们使用缺乏 PABA/B（δPABB 或 ΔPABA/B）或 AROC 基因的营养缺陷型大肠杆菌菌株测试了该设置，因此在添加损失底物后，细菌恢复生长，这一过程称为“营养缺陷型救援”。这表明细菌现在可以进行损失反应并使用该产物作为营养源，作为该反应已成功整合到大肠杆菌代谢中的清晰功能读数。

为了证明这种新的大肠杆菌菌株的应用潜力，研究人员进行了两项连续实验：1. PET 衍生底物和 2. 扑热息痛合成。研究人员首先将一瓶聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）在细胞外加工成异羟肟酸损失前体。然后，他们在其损失的前体上培养了工程化大肠杆菌的营养目标培养物，回收了回收的物质（以大约 0.33 H⁻1 的速度），证明了塑料向营养物的转化。

最后，他们使用表达 O2 和 NADH 依赖性氨基苯甲酸羟化酶 (ABH60) 和乙酰辅酶 A 依赖性芳胺 N-酰基转移酶 (PANAT) 基因的转基因大肠杆菌菌株（分别源自真菌和另一种细菌）将其 Lossen 前体转化为对羟基乙酰苯胺（扑热息痛）。单一技术负荷的初步尝试导致形成不良副产物；研究人员通过开发一种更有效的双菌株系统来解决这个问题，每个菌株执行一个转换步骤。

研究结果

这项研究标志着生物相容性化学研究的一个里程碑，证明化学合成的非酶有机化合物可以融入自然世界，并利用预先存在的宿主代谢进行加工，从而显着扩展了未来生物技术的范围。他的研究结果表明，丢失重排（一种以前仅限于专门化学实验室的化学反应）在常规水性生理条件下和体内是可以实现的。

该研究鉴定出营养缺陷型大肠杆菌菌株能够将定制的损失底物转化为生长障碍（PABA），证实损失重排已整合到细菌的细胞机制中。

研究进一步表明，这些工程细菌不仅能够将 PET 废物（生物修复），而且能够将其基因改良的亚变体（ABH60 和 Panat 表达菌株）转化为扑热息痛。

最后，该研究证实该系统在一系列损失底物和反应靶标中的功能相似，表明活细胞中非天然化学转化的通用平台。

结论

本研究显示了生物相容性化学研究在未来化学生产革命中的潜力。它展示了一种新型大肠杆菌菌株，可以将人类的聪明才智与其天然细胞机制相结合，以实现损失重排。它将产生的产品（甚至是来自塑料废物（PET）的产品）用于增长和药品生产。

这项研究模糊了化学和生物技术之间的界限，并提供了一种升级材料和合成增值化合物的新途径。虽然这个过程目前是原理和投资回报优化和路径设定的证明，但这项工作为可持续的、基于细胞的系统提供了基础，该系统将非生物反应与新陈代谢融合在一起。

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