利用工程化大肠杆菌合成聚(4HB-co-PhLA)和聚(3HB-co-4HB-co-PhLA)作为可持续热熔胶

《Nature Communications》：Synthesis of poly(4HB-co-PhLA) and poly(3HB-co-4HB-co-PhLA) as sustainable hot-melt adhesives using engineered Escherichia coli

　　

摘要

传统的石油基粘合剂不可生物降解，会给环境带来威胁。聚羟基烷酸酯（PHAs）是一种由可再生碳源合成的细菌聚酯，因其可生物降解性和结构多样性而成为有潜力的粘合剂候选材料。本文报道了两种芳香族PHA共聚物——聚[4-羟基丁酸(4HB)-共-苯乳酸(PhLA)]和聚[3-羟基丁酸(3HB)-共-4HB-共-PhLA]，这两种聚合物具有热稳定性和热熔粘合剂性能。我们通过对大肠杆菌进行基因工程改造，使其能够以葡萄糖为原料合成这些聚合物，并通过优化异源表达、引入额外的CoA转移酶以及调控基因表达的时间来提高聚合效率。我们还运用计算机模拟方法系统地找到了有助于提高多种单体合成效率的基因工程靶点。最终，经过改造的大肠杆菌每升可产生10.2克含32.7摩尔% 4HB-共-PhLA的聚合物，以及52.8克含3HB-共2.7摩尔% 4HB-共5.6摩尔% PhLA的聚合物。这些聚合物展现出良好的粘合性能和可重复使用性，进一步丰富了聚合物的性能体系。总体而言，我们提出了一种可持续且具有扩展性的策略，可通过微生物生产出具有可调粘合性能及实际应用前景的可重复使用的生物基热熔粘合剂。