聚酯酰胺 (PEA)是一类很有前途的聚合物，含有酯键和酰胺键，兼具聚酯和聚酰胺的优良性能：聚酰胺的优异热性能和机械性能以及聚酯的生物相容性和生物降解性。PEA 可用于各种工业应用，例如可生物降解塑料，以及生物医学应用，包括药物输送系统和组织工程。目前，PEA 的合成仅限于化学方法。

 

近日，来自韩国科学技术院李相烨（Sang Yup Lee）院士团队通过对微生物进行基因工程改造，首次生产出一种类似尼龙的强韧塑料。相关成果3月17日发表于《自然-化学生物学》。

 

 

全球每年产生约4亿吨不可降解的石油基塑料废物和微塑料，危及野生动物的生存，以及人类健康和地球环境。“这项工作凸显了生物学在应对这一危机方面的作用。”澳大利亚Uluu公司的酶工程主管Colin Scott说。

 

论文通讯作者、韩国科学技术院生物分子工程师李相烨表示：“细菌会自然产生聚合物，以便在资源匮乏时储存营养物质，但利用细菌制造类似尼龙的塑料具有挑战性，因为自然界中不存在能够产生这种聚合物的酶。”

 

为解决这个问题，研究人员在一系列细菌物种中修改了酶编码基因，并将它们作为质粒（一种环状DNA）插入大肠杆菌，后者通常用于概念验证工作。然后，这些基因编码了几种新的天然酶，这些酶能够连接分子链以产生聚合物。最终的产品是一种名为聚酯酰胺（PEA）的生物塑料，它主要由聚酯和少量类似尼龙的酰胺键组成。

 

 

“尼龙是一种100%含有酰胺键的聚合物，所以用细菌正确模仿这种塑料还有很长的路要走。”李相烨说。

 

测试表明，这种PEA的物理、热学和机械性能与聚乙烯相当，后者是应用最广泛的商业塑料之一。

 

不过，日本神户大学的生物生产工程师田口诚一表示，由于氨基酸与聚合物结合的频率较低，因此这种塑料不太可能像聚乙烯那样坚固。“在聚合物中添加一个氨基酸通常会导致链终止，从而产生低分子量的发育不良的聚合物。”

 

研究团队利用大型生物反应器，使PEA产量达到约54克/升，表明可以扩大生产规模。然而，在将这项实验室研究转化为工业过程之前，仍有许多障碍需要克服。

 

由于这些PEA聚合物体积庞大，不能穿过细胞壁，因此需要粉碎大肠杆菌才能释放它们。此外，在将产品加工成薄膜或颗粒前，需要经过纯化过程。

 

“目前，我们的微生物路线比石油基塑料更昂贵。”李相烨说，随着进一步优化，“预计生产成本将逐步下降”。

 

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41589-025-01842-2