研究人员利用真菌将海洋塑料转化为制药工业的原料

劳伦斯——堪萨斯大学正在进行的真菌研究帮助将太平洋难以回收的塑料废物转化为制造药物的关键成分。

用于转化聚乙烯的化学-生物学方法使用一种叫做构巢曲霉的日常土壤真菌，这种真菌已经过基因改造。该成果近期发表在德国化学会期刊《应用化学》上的论文“ Conversion of Polyethylenes into Fungal Secondary Metabolites ”中。

“我们在这篇论文中所做的是首先使用氧气和一些金属催化剂消化聚乙烯——这些东西不是特别有害或昂贵——这会将塑料分解成二酸，”共同作者 Berl Oakley、Irving S. Johnson 说。 KU 分子生物学特聘教授。

接下来，将分解塑料产生的长链碳原子喂给转基因曲霉菌。按照设计，真菌将它们代谢成一系列具有药理活性的化合物，包括具有商业可行性的曲霉苯甲醛、citreoviridin 和 mutilin。

与以前的方法不同，奥克利说，真菌会像“快餐”一样快速消化塑料制品。

“这种方法的不同之处在于它有两点——它是化学的，它是真菌的，”他说。“但它也相对较快。经过多次这样的尝试，真菌可以消化这种材料，但需要几个月的时间，因为塑料很难分解。但这会快速分解塑料。一周之内你就可以得到最终产品。”

KU 研究人员补充说，这种新方法“出奇地”高效。

“在进入培养物的大量二酸中，42% 作为最终化合物返回，”他说。“如果我们的技术是一辆汽车，它将以每小时 200 英里的速度行驶，每加仑汽油可行驶 60 英里，并且可以使用回收的食用油。”

此前，Oakley 曾与南加州大学的通讯作者 Clay Wang 合作，生产出大约一百种用于各种用途的真菌次级代谢产物。

“事实证明，真菌会产生很多化合物，它们对真菌有用，因为它们可以抑制其他生物体的生长——青霉素就是典型的例子，”奥克利说。“生物体的生长不需要这些化合物，但它们有助于保护它免受其他生物体的侵害或与之竞争。”

有一段时间，科学家们认为他们已经充分利用了真菌生产这些化合物的潜力。但奥克利表示，基因组测序时代开启了利用次级代谢物造福人类和环境的新可能性。

奥克利说：“人们意识到，有许许多多的基因簇可以产生没人发现的次级代谢物——而且真菌有数百万种。” “多年来，许多公司都做了很好的工作，但还很不完整，因为他们只是在孵化器中培养东西并检查它们以生产新化合物——但 95% 的基因簇只是沉默，因为它们直到需要时才“打开”。他们什么也没做。所以，还有更多的东西有待发现。”

KU 的 Oakley 实验室完善了基因靶向程序，以改变构巢曲霉和其他真菌中的基因表达，从而产生新的化合物。

“我们现在已经对一堆真菌的基因组进行了测序，我们可以识别制造化合物的基因组的特征，”他说。“我们可以改变基因的表达;我们可以将它们从基因组中移除;我们可以对他们做各种各样的事情。我们可以看到那里有很多次级代谢物基因簇，我们的基因靶向程序至少在原则上允许我们打开其中的一些基因簇。”

Oakley 和 Wang 的合著者是南加州大学的 Chris Rabot、Yuhao Chen、Swati Bijlani、Yi-Ming Chiang 和 Travis Williams，以及堪萨斯大学的 Elizabeth Oakley。

研究人员专注于开发次级代谢物来消化聚乙烯塑料，因为这些塑料很难回收。在这个项目中，他们从加利福尼亚州圣卡塔利娜岛的卡塔利娜港收集了太平洋中的聚乙烯。

“已经有很多回收塑料的尝试，其中一些是回收的，”奥克利说。“其中很多基本上被熔化并纺成织物，然后进入各种其他塑料制品。聚乙烯虽然是一种主要的塑料，但回收率并不高。”

KU 研究人员表示，这项研究的长期目标是开发程序，将所有塑料分解成可被真菌用作食物的产品，从而无需在回收过程中对它们进行分类。他补充说，这项工作象征着 KU 的 地球、能源 + 环境研究主题，旨在“加深理解，帮助维持我们星球及其居民的生命。”

“我想每个人都知道塑料是个问题，”奥克利说。“它们在我们的环境中积累。它们往往聚集在北太平洋的一大片区域。但你也会看到塑料袋四处飘扬——它们在河里，在树上。我家周围的松鼠甚至学会了用塑料袋把它们的巢排成一行。需要做的一件事就是以某种方式经济地摆脱塑料，如果能够以合理的价格从中制造出有用的东西，那么这将使其在经济上更加可行。”