工程化嗜盐菌Halomonas sp. Y3实现PET高效升级回收为聚羟基脂肪酸酯

本研究针对全球PET塑料污染难题，通过代谢工程改造嗜盐菌Halomonas sp. Y3，构建能高效共利用对苯二甲酸(TPA)和乙二醇(EG)的合成菌群PET_co，36小时内实现7.99 g/L聚羟基脂肪酸酯(PHA)产量，较单菌体系提升2.4倍。该技术突破传统微生物在碱性环境适应性差、需灭菌等限制，为塑料生物升级回收提供工业化解决方案。

　　

塑料污染已成为全球环境危机的焦点，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)占年塑料废弃物的23%，其化学稳定性导致传统机械回收只能生产低价值材料。虽然化学解聚和酶解法取得进展，但存在能耗高、底物要求严格等问题。更棘手的是，解聚产物对苯二甲酸(TPA)和乙二醇(EG)的微生物共代谢存在碳代谢抑制(CCR)，且常规工业菌株如大肠杆菌需严格灭菌条件，大幅增加成本。

针对这些瓶颈，研究人员以嗜盐碱菌Halomonas sp. Y3为底盘细胞开展突破性研究。这种极端微生物天然适应高盐(60 g/L NaCl)和碱性(pH 9.0)环境，既能直接整合碱性PET解聚工艺，又可通过高盐环境实现"生物遏制"，免除灭菌需求。研究通过三大技术创新：首先在TPA代谢方面，通过引入异源tph操纵子和转运蛋白，使TPA降解速率达1.39 mmol/L·h，超越Comamonas sp. E6的0.95 mmol/L·h；其次针对EG利用，通过glcDEFG过表达和乙醛酸途径优化，将EG利用率提升6.3倍至8.34 mmol/L·h；最具创造性的是构建合成菌群PET_co，由分别专攻EG和TPA代谢的两株Halomonas组成，通过"分工协作"巧妙规避单菌体系的代谢干扰。

关键技术包括：1) 采用自杀质粒pRE112-6I-Sce^I和穿梭载体pSEVA341进行基因编辑；2) 通过启动子工程优化TPA转运蛋白表达；3) 建立双菌共培养系统实现代谢分流；4) 采用¹³C标记示踪碳流分配。

【TPA和EG catabolism by wild Halomonas sp. Y3】
研究发现野生型Halomonas sp. Y3虽具有碱性环境适应优势，但TPA降解速率仅0.21 mmol/L·h，EG利用率1.32 mmol/L·h。通过比较基因组学发现其缺乏完整的TPA降解途径关键酶TPA双加氧酶(TPADO)。

【Conclusions】
该研究实现了三大突破：1) 创建首个能同步利用PET解聚产物的嗜盐菌平台，PHA产量达7.99 g/L；2) 开发的分工式菌群策略使混合底物利用率提升240%；3) 碱性-高盐耦合工艺使生产成本降低35%。这些成果发表于《Bioresource Technology》，为塑料生物炼制提供了兼具高效性和经济性的解决方案。

特别值得注意的是，该体系在未添加任何辅助碳源条件下，仅用36小时即完成PET解聚产物的完全转化，且最终产物PHA作为可降解生物塑料，本身具有循环经济价值。研究者还指出，该平台的盐度耐受特性使其可直接应用于海洋塑料污染治理，为发展"蓝色生物经济"提供了新思路。声明部分显示，作者使用ChatGPT辅助语言润色但保持学术内容自主性，所有实验数据均经过严格验证。