遇见/背景
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料已经被广泛应用于食品包装和服饰生产等领域，全球每年新生产的PET超过7000万吨。但是，仅有很少一部分废弃的PET塑料能被回收利用。因此，PET 塑料废弃物的积累已经成为全球性的环境危机。为了应对上述挑战，人们迫切地希望通过开发新技术来提高废弃PET 塑料的回收率。化学催化和酶促方法可以将 PET 解聚为相应的单体TPA和EG，解聚体系组分简单，为通过生物转化进行 PET 高值化回收开辟了新的路径。然而，目前只有少数研究报道了能够以 PET 水解产物作为唯一碳源生长的非模式微生物。此外，由于针对这些非模型生物设计特异的合成生物学工具非常困难，严重限制了开发非模式微生物细胞底盘对废弃PET塑料进行高值化回收的探索。
遇见/内容
在先前的研究中，美国圣路易斯华盛顿大学能源、环境和化学工程系的刁进进博士领导的科研小组在《Cell Reports》杂志上报道了一株红球菌（RPET）可以高效利用PET塑料水解产物作为唯一碳源支持细胞生长，为PET生物转化回收提供了优势的微生物平台资源。近日，为了克服非模式红球菌合成生物学工具不完善以及合成的最终产品种类单一的挑战，该团队在《Trends in Biotechnology》杂志上发表了题为“Producing multiple chemicals through biological upcycling of waste poly(ethylene terephthalate)”的研究论文。作者首先为RPET 底盘细胞开发了两个可诱导滴定的基因表达系统，包括：阿拉伯糖（Arabinose）诱导表达系统（PBAD）和异丙基 β-D-硫代半乳糖苷（IPTG）诱导表达系统（Plac）。这两个正交的表达系统可以实现不同目标基因在RPET底盘中表达量的精准调控。此外，作者利用丝氨酸整合酶开发了高效的重组工具 (SIRT) 用于在RPET中进行基因组编辑。这一工具可以实现外源基因表达盒在RPET基因组上的定点整合，成功规避了利用复制型质粒给RPET底盘细胞带来的代谢负荷。
利用诱IPTG导表达系统，作者构建了单基因和双基因表达模块，验证了一系列关键酶在RPET底盘细胞油脂合成代谢的关键作用。此外，作者还发现通过过表达苹果酸酶（malic enzyme）可以在相当程度上解除RPET底盘细胞中油脂合成对缺氮培养的依赖，实现了废弃塑料碳源到油脂的高效转化。作者利用SIRT工具成功将外源的甲羟戊酸途径引入到RPET底盘细胞中，显著增强了PET塑料到高附加值产品番茄红素的转化效率。此外，作者尝试构建了番茄红素和油脂共合成的底盘细胞，以此提高PET塑料高值化转化的经济效益。最后，作者验证了利用PET水解产物作为底物进行分批补料发酵的可行性。实验结果表明，在分批补料发酵中RPET可以将废弃PET塑料碳源同时转化为番茄红素、脂质和琥珀酸。其中，番茄红素的产量与野生型细胞相比提高了约10,000倍。该研究通过合成生物学系统地设计了一系列RPET菌株，最终建立了利用废弃PET塑料合成多种高附加值化合物的微生物供应链。同时，该研究也展示了从基于碳水化合物的传统生物制造到利用PET塑料碳源作为下一代原料进行生物制造的范式转变，为未来的可持续发展提供了新的思路。
遇见/致谢
感谢文章作者刁进进博士提供本文稿件支持！
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本期参考文献：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167779924003093
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