Nature子刊：利用细菌将废弃塑料变成退烧止痛药物扑热息痛

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

自然界演化出了一套精妙但却有限的化学反应，支撑着所有生物体的功能。相比之下，合成有机化学领域能够实现自然界中未观察到的反应性，将这些非生物反应整合到生物系统中，为利用可再生原料可持续合成许多工业化学品提供了一种优雅的解决方案。

生物相容性反应——即能够与细胞代谢相衔接的非酶促化学转化——是拓展活体系统合成能力的一种新兴方法。利用现代有机化学中确立的合成策略，生物相容性反应可用于控制细胞功能、体内代谢物的多样化以及获取工业生物技术中难以处理的原料。这种方法补充了细胞中非生物催化作用的现有方法，包括定向进化、利用人工辅因子或非天然氨基酸创建非天然活性位点，以及利用计算方法从头设计酶。然而，在体内重组全新天然生物催化剂颇具挑战性，这常常限制了它们仅能用于体外反应。在活细胞中，尤其是细胞代谢的背景下，将非天然化学物质整合到代谢过程中，仍是化学生物技术领域的一大挑战。

塑料废弃物是一个日益严重的问题，以可持续的方式升级改造塑料仍是当前的首要任务。然而，能否利用生物相容性反应将塑料升级改造成有用产物，目前仍不明确。

2025 年 6 月 23 日，爱丁堡大学的研究人员在 Nature 子刊Nature Chemistry上发表了题为：A biocompatible Lossen rearrangement in

Escherichia coli

该研究首次利用大肠杆菌将从废塑料瓶中获取的分子转化为退烧止痛药物扑热息痛（ 对乙酰氨基酚 ），从而提出了一种 将塑料废弃物以可持续的方式升级改造成有价值产物的潜在策略。

在这项最新研究中，研究团队报告了一种由大肠杆菌中的磷酸盐催化的生物相容性洛森重排反应，该反应能在活细胞中将活化的酰基羟肟酸转化为含伯胺的代谢物。通过营养缺陷型拯救实验，我们展示了这种自然界中前所未有的反应如何通过生成必需代谢物对氨基苯甲酸来控制微生物的生长和化学过程。洛森重排反应的底物还可以从聚对苯二甲酸乙二醇酯合成，并应用于全细胞生物催化反应和发酵，生成工业小分子（包括药物对乙酰氨基酚），为在天然和工程生物系统中生物修复和升级回收塑料废物开辟了一条通用策略。

在这项最新研究中，研究团队报道了一种生物相容性洛森重排反应，该反应由大肠杆菌中的磷酸盐催化，可在活细胞中将活化的酰基羟肟酸转化为对细胞代谢至关重要的含伯胺的代谢物。

研究团队利用化学方法降解了一个聚对苯二甲酸乙二酯（PET）塑料瓶，得到了上述化学反应的起始分子，并证明了细胞代谢之后能修复这种来自塑料瓶的分子。他们还发现，这个源于塑料的分子能作为在大肠杆菌中产生对氨基苯甲酸（PABA），而 PABA 可作为合成退烧止痛药物扑热息痛（对乙酰氨基酚）的起始原料。

传统上，合成化学和生物化学被视为两个独立的领域。而这项研究表明，生物相容性洛森重排反应使工程微生物能够在温和、细胞友好的条件下将塑料废弃物转化为有价值的工业化合物（包括扑热息痛）。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41557-025-01845-5