天津工业生物所等在代谢利用塑料PET降解产物乙二醇方向取得新进展

聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate，PET）作为广泛应用的塑料，其主要降解产物之一为乙二醇（Ethylene glycol, EG），是一种潜在的工业微生物非糖碳原料，选育可代谢利用乙二醇的微生物具有广阔的应用前景。然而，目前能代谢乙二醇的微生物大多为非模式微生物，编辑工具有限，难以改造。大肠杆菌作为模式工业微生物，易于编辑、生长速度快、碳源利用率高，可成为乙二醇代谢利用的潜在宿主。

近日，中国科学院天津工业生物技术研究所毕昌昊研究员带领的合成生物技术团队和张学礼研究员带领的微生物代谢工程团队，以及朱蕾蕾研究员带领的蛋白质定向进化团队围绕可代谢利用乙二醇的大肠杆菌菌株选育、代谢通路解析和利用效果验证进行研究。研究团队首先通过半定量紫外诱变，获得以乙二醇为唯一碳源生长一代大肠杆菌菌株EG01。随后经过12代连续适应性进化，得到了二代菌株EG02，其生长速度提高了1.9倍，乙二醇利用率提高到超过8 mmol/gDW·h。经转录组测序分析发现，与以往研究报道中被着重关注的fucO和aldA不同，gcl、hyi、glxR和glxK四个基因在大肠杆菌以乙二醇为唯一碳源和能源生长时起着关键决定作用，这一发现对于深入研究大肠杆菌代谢乙二醇的能力，尤其是其在单一碳源条件下的代谢途径具有重要意义，有助于进一步提升其工业应用效率。基于此发现，团队通过反向代谢工程，成功将4株实验室常用大肠杆菌（DH5α、BL21(DE3)、MG1655和ATCC 8739）改造成能以乙二醇为唯一碳源和能源生长的工程菌株。其中，菌株BL21（DE3）的乙二醇代谢能力最强，但略弱于EG02。为评估工程菌株对PET降解 产物的利用效果，团队选择了EG02和EG-BL21(DE3)菌株。在模拟的PET降解环境中，检测到乙二醇完全消耗殆尽。该研究实现对废弃PET降解产物的有效利用，为PET环境污染的防治和废弃资源的高值化利用提供了重要参考。

该研究工作得到中国科学院战略性先导科技专项、国家自然科学基金、天津市合成生物技术创新能力提升行动、中国科学院青年创新促进会和天津市自然科学基金的资助，相关成果发表于Biotechnology for Biofuels and Bioproducts期刊。中国科学院天津工业生物技术研究所客座研究生迟珺曦和助理研究员王鹏举为该论文的第一作者，毕昌昊研究员和张学礼研究员为通讯作者。