一个研究小组成功地工程化了一种微生物菌株，可以通过系统代谢工程有效地生产芳香聚酯。在众多环保塑料中，聚羟基烷酸酯（PHA）因其优异的生物降解性和生物相容性而备受关注。这些材料可以在土壤和海洋环境中自然降解，使其适用于食品包装和医疗设备等用途。然而，到目前为止，自然生产的PHA在某些物理标准，如强度和耐热性方面难以满足要求，这限制了其商业可行性，因为生产产量不足。为了解决这些问题，KAIST的研究人员最近公布了一项可能显著帮助解决塑料污染危机的技术。
8月26日，KAIST在刘光亨校长的领导下宣布，由化学与生物分子工程系的杰出教授李相煜领导的研究小组，以及李永俊博士和硕士生姜敏珠，成功创造了一种能够通过系统代谢工程高效生产芳香聚酯的微生物菌株。
芳香聚酯：指的是一种具有芳香化合物（如苯的碳环结构）通过酯链链接的聚合物类型。
在这个项目中，研究小组利用代谢工程技术提高了大肠杆菌中芳香单体苯乳酸（PhLA）的生物合成途径中的代谢流量。通过微调代谢途径，他们能够提高细胞内聚合物的积累比例，并利用计算模型预测PHA合成酶的结构，根据其结构-功能关系优化酶。
随后的发酵优化使团队达到了世界最高浓度（12.3±0.1 g/L），有效地生产聚（PhLA）。他们成功地使用30升规模的间歇发酵创造了聚酯，展示了工业级生产的潜力。所产生的芳香聚酯表现出改进的热和机械性能，并显示出作为药物释放载体的前景。
研究小组透露，外源性聚酯蛋白对于提高细胞内聚合物积累比率至关重要，这对非自然PHA生产的经济可行性和效率至关重要。他们通过一种智能酶设计策略微调PHA合成酶，该策略涉及利用同源建模预测酶的三维结构——这种方法依据类似的现有蛋白质估计新蛋白质的结构——随后进行了分子对接模拟（预测单体与酶结合的有效性）和分子动力学模拟（观察分子在时间上的运动和相互作用），以创建一种具有增强的单体聚合效率的突变酶。
外源性聚酯蛋白：聚酯蛋白是一种与PHA生产相关的蛋白质，在细胞质环境与PHA颗粒表面之间相互作用，发挥聚合物积累的作用，并调节颗粒的数量和大小。本研究从各种自然PHA生产微生物中选择了编码聚酯蛋白的基因进行引入。
本文的共同第一作者李永俊博士表示：“我们的研究发现的重要性在于以环保材料和方法实现微生物基础芳香聚酯生产的最高浓度。这项技术预计将在应对与塑料相关的环境问题中发挥关键作用。”李相煜教授强调：“这项研究提出了通过系统代谢工程有效生产有价值聚合物的多种策略，并预计将显著帮助应对气候变化挑战，特别是当前的塑料危机。”
本研究的结果于8月21日在《生物技术趋势》上发表，该期刊由国际学术出版物《细胞》出版。
