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木質(zhì)素是木質(zhì)纖維素生物質(zhì)的主要成分，是地球上最大的可再生芳烴來源，可用于生物精煉和造紙工業(yè)，全球木質(zhì)素的年產(chǎn)量已上升到約5000萬噸。然而，以焚燒或堆放填埋處理木質(zhì)素廢物的傳統(tǒng)方法存在資源利用效率低下和嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。隨著人們認(rèn)識(shí)到木質(zhì)素作為生物燃料、化學(xué)品和工業(yè)品材料的巨大潛在價(jià)值，其廢物利用逐漸成為可持續(xù)生物經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的熱門課題。
聚羥基鏈烷酸酯（PHA）作為一種來源于微生物合成的可生物降解聚酯，以其卓越的生物相容性和熱力學(xué)性能，在多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力，包括制造可生物降解材料、作為化妝品中的生物基美容面膜成分，以及醫(yī)療領(lǐng)域中的手術(shù)縫合線。然而，由于原材料價(jià)格高昂，PHA的商業(yè)化應(yīng)用一直受到限制。
近年來，科學(xué)家們致力于開發(fā)將木質(zhì)素轉(zhuǎn)化為PHA的微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)，并顯示出了廣闊的應(yīng)用前景。特別是利用惡臭假單胞菌的特殊代謝途徑，木質(zhì)素衍生的芳香化合物，如對(duì)香豆酸（p-CA）和阿魏酸（FA），能夠被有效轉(zhuǎn)化為PHA的關(guān)鍵構(gòu)建單元。然而，這一轉(zhuǎn)化過程并非易事，其效率受到多種因素的制約，包括分餾技術(shù)、菌株種類的選擇以及底物的性質(zhì)等。
為了克服這些挑戰(zhàn)，研究人員采用了一系列創(chuàng)新方法，如合成生物學(xué)技術(shù)、基因工程改造和優(yōu)化發(fā)酵策略等。這些方法不僅提高了木質(zhì)素到PHA的轉(zhuǎn)化效率，還改善了PHA組成的均一性，為PHA的商業(yè)化應(yīng)用鋪平了道路。
天津大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)近日取得了突破性進(jìn)展，他們通過一系列巧妙的工程策略顯著優(yōu)化了聚羥基鏈烷酸酯（PHA）的積累并調(diào)整了其單體組成。這些策略包括精準(zhǔn)地阻斷PHA的降解路徑、增強(qiáng)PHA的生物合成能力，并對(duì)β氧化途徑進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。基于這些創(chuàng)新方法，他們成功構(gòu)建了一株名為KT2440的工程化惡臭假單胞菌。
當(dāng)結(jié)合補(bǔ)料分批發(fā)酵技術(shù)時(shí)，這株工程化菌株所生成的PHA含量大幅提升，最高值達(dá)到2.46g/L，與傳統(tǒng)的分批模式相比，這一數(shù)值增長(zhǎng)了驚人的143.6%。同時(shí)，其PHA單體比例的調(diào)整也取得了顯著成果，最高單體比例達(dá)到了91.4%，顯示了極高的純度。
更為值得一提的是，當(dāng)使用真實(shí)的木質(zhì)素水解產(chǎn)物作為原料時(shí)，這株工程化菌株不僅表現(xiàn)出了頑強(qiáng)的生長(zhǎng)能力，而且能夠以高達(dá)85%的均勻性生產(chǎn)出0.93g/L的PHA。
綜上所述，通過基因編輯、前體選擇和發(fā)酵條件優(yōu)化等多維度的策略，本研究為高效生產(chǎn)高均質(zhì)性的PHA開辟了新的途徑。這種創(chuàng)新的生產(chǎn)策略具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，為未來高級(jí)應(yīng)用領(lǐng)域提供了具有特定性能的定制化PHA材料。
