Nat Biotech：首次利用細菌一步合成可降解塑料PLGA
由韓國Korea Advanced Institue of Science and Technology(KAIST)的Lee Sang Yup教授領導的小組在Nature Biotechnology上發文報道了他們利用代謝工程將大腸桿菌改造成能夠一步合成非天然高分子PLGA的工作。近年來，生物精鍊技術將不可食用的生物質轉變成燃料，熱能和精細化學品的同時減少對化石燃料的依賴吸引了越來越多的注意。
聚乳酸-羥基乙酸共聚物(poly(lactic-co-glycolic acid)，PLGA)由兩種單體——乳酸和羥基乙酸隨機聚合而成，是一種可降解的功能高分子有機化合物，具有良好的生物相容性、無毒、良好的成囊和成膜的性能，被廣泛應用於組織工程支架，藥物緩釋載體、醫用工程材料和現代化工業領域。在美國PLGA通過FDA認證，被正式作為藥用輔料收錄進美國藥典。包括開環聚合法在內的有機合成是獲得PLGA的經典方法，然而有機合成需要消耗大量的有機原料和能量，副反應和廢棄物往往也對環境有害。因而尋求一種成本低廉工藝簡單，綠色環保的PLGA的合成工藝，具有重大意義。
構成PLGA的元素是碳氫氧，而碳氫氧也構成了我們耐以生存的能量來源葡萄糖glucose，那麼有沒有可能把glucose變成PLGA？大自然給了我們一點啟發，自然條件下，經過發酵，細菌能夠將糖和脂質轉化為天然的聚羥基脂肪酸(PHA)。那麼有沒有可能通過改造細菌的代謝通路，讓細菌具備合成PLGA的能力？答案是Yes！通過改造大腸桿菌的代謝通路，只給大腸桿菌喂葡萄糖glucose和木糖xylose（兩種單糖），經過發酵，離心收集，凍干之後便能分離提純大量的PLGA，整個過程在發酵罐中完成，反應溫和，對環境友好！技術細節如下：
如上圖所示，通過質粒（質粒存在於許多細菌以及酵母等生物中，是細胞染色體外能夠自主複製的很小的環狀DNA分子）轉染，研究人員往大腸桿菌中引入了Dahms通路，刪除pstG基因使得大腸桿菌能夠同時利用葡萄糖和木糖，從而使得細菌能夠把木糖加工成羥乙酸(glycolate)，一種重要的PLGA前體。Propionyl-CoA 轉移酶將乳酸（D-lactate）和羥乙酸分別變成D-lactyl-CoA和glycolyl-CoA。D-lactyl-CoA和glycolyl-CoA在PHA合成酶的催化下最終變成了PLGA. 同時刪除 adhE, frdB, pflB 和 poxB 有效地阻止了副反應的發生，提高了效率。
參考文獻：
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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