塑料变医药的突破性转化
现代化学工业长期依赖不可再生的化石资源，不仅能源消耗巨大，且产品最终多被填埋或焚烧，导致碳资源以污染或二氧化碳形式流失。相比之下，自然界演化出了高效的碳资源利用与循环机制。近期，Nature Sustainability发表了一项重要研究，展示了如何利用工程生物学技术，将工业级聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料废弃物转化为治疗帕金森病的一线药物——左旋多巴（l-DOPA）。这一成果标志着工程生物学在将塑料衍生的芳香族单体转化为高价值神经疾病药物方面迈出了关键一步，为构建循环化学经济体系提供了全新蓝图。
技术瓶颈的突破与工艺优化
该研究的核心在于构建了一条从PET单体对苯二甲酸（TPA）到l-DOPA的四步生物合成途径，并在实验室大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)中实现。研究团队面临两大关键瓶颈：底物跨膜运输效率低以及中间产物原儿茶酸（PCA）的反馈抑制。为此，科学家通过异源转运蛋白表达解决了底物摄取问题，并利用功能途径分离策略，将代谢路径拆分至两种微生物菌株中，有效缓解了代谢压力。此外，为了进一步提升可持续性，研究还利用Chlamydomonas reinhardtii（衣藻）捕获了儿茶酚生成过程中释放的二氧化碳，实现了碳资源的闭环利用。最终，该生物工艺在温和的水相条件下运行，实现了高达5.0 g l−1的l-DOPA滴度，并成功从工业PET废弃物和单个消费后塑料瓶中制备出产品。
行业影响与未来展望
目前，全球l-DOPA年产量约为250 吨，随着帕金森病患病率的上升，市场需求预计将持续增长。尽管已有多种生物技术路线，但商业化生产仍主要依赖化石燃料衍生的化学合成或半合成方法，面临碳经济性差、氧化降解及监管障碍等挑战。本研究不仅提供了一种可持续的替代方案，更展示了塑料废弃物高值化利用的巨大潜力。未来，随着酶工程与代谢工程的进一步成熟，此类技术有望推广至更多塑料废弃物的高值化转化，推动医药、化工与环保产业的深度融合。