MIT等开发酶-微生物模块化平台，太空环境下也能对PET升级再造

塑料作为一种高分子材料，广泛应用于航天器结构与包装中，但其在轨使用后的废弃处理始终是一大难题。

为了解决轨道环境中塑料回收的这一关键问题。日前，来自麻省理工学院、美国国家可再生能源实验室 (NREL) 和哈佛医学院等机构的科学家合作提出并构建了一种模块化开放式生物平台（Modular Open Biological Platform，MOBP），旨在验证微重力/太空环境下塑料的在轨生物回收与微生物合成路径的可行性。

这项研究由美国一家研究微生物的公司 Seed Health 资助，相关成果以“In-space flight-testing of a Modular Open Biological Platform (MOBP) for high-throughput microbial biomanufacturing”为题，近日发表于 npj Microgravity。

在该研究中，研究人员选择了 PET 作为回收对象，该材料在航天系统中使用频繁，结构稳定性强，难以自然降解。并在国际空间站（ISS）成功完成首次飞行验证。

在地面前期工作的基础上，研究团队已构建一条自 PET 水解单体生成 β-酮酸（β-keto acid, β-KA）的合成路径。该路径主要包括两个步骤：首先由 PETase 与 MHETase 等酶系催化 PET 降解为可被微生物代谢的对苯二甲酸（TPA）和乙二醇（EG），其次由代谢工程改造的假单胞菌 KT2440 菌株 AW165 将上述单体继续转化为 β-KA 等高附加值中间产物（β-KA 类分子是合成尼龙-6,6 等工程材料的重要前体）。

MOBP 平台包含两个独立的实验模块：酶模块（模块 A）和微生物模块（模块 B）。A 模块包含来自 Ideonella sakaiensis 206-F6 的 PET 解聚酯酶 PETase (IsPETase)，B 模块包含假单胞菌 KT2440。为了证明 MOBP 的实用性并对它进行太空测试，研究人员设计了两个实验，分别对模块 A 和 B 进行飞行测试。这项研究中两个模块之间没有连接，作者也在文中提到，未来实验可以通过重新布置柔性管道并使用现有硬件，将两个模块集成在一起，以实现更复杂的实验设计。

首先，在模块 A 中，PET 通过酶解聚为 TPA，从而实现闭环 PET 回收，因为 TPA 随后可以聚合成 PET；其次，在模块 B 中，PET 通过微生物升级再造为 β-KA，展示了生物塑料升级再造，因为 β-KA 可以聚合成尼龙-6,6 类似物。在模块 B 中，该系统设计为通过提供可预装防腐剂的收集袋，实现样品保存，以便在飞行后进行核酸（DNA 和 RNA）以及蛋白质的分析。通过这种方式，MOBP 的模块化特性使得能够对各种类型的样品进行各种其他分析。

该自主系统进入轨道并接入国际空间站实验舱后，成功按照预先设定的实验计划进行。实验无需人工干预或宇航员资源，即可进行培养和数据收集。

在最终的飞行测试中，MOBP 平台表现良好。其在国际空间站上稳定运行超过了 20 天，并共完成 5 轮自动传代和 4 次样品采集，且研究者在多个样本中均检测到 β-KA 浓度达 50–100 μM，与地面控制组相近，说明即使在在微重力环境中，MOBP 平台中 PET 降解与 β-KA 合成路径的功能仍能维持稳定。

此外，平台的自动取样与冷冻保存装置也成功避免了样本成分在返回过程中降解。实测数据显示，所有回收样品中目标代谢产物均结构完整、浓度稳定，验证了 MOBP 样品保存与后续分析的流程可靠性。

值得强调的是，MOBP 平台采用开源架构，所有模块（反应器、控制器、数据接口）均可自由拼接与替换，支持快速适配不同菌株、底物与反应策略。控制脚本及硬件接线方案已在开源平台发布，还具备未来扩展至医药合成、营养物质发酵、闭环生命支持系统的潜力。

总之，该研究首次在国际空间站验证了基于自动化平台的 PET 塑料在轨生物降解与代谢转化路径，构建了一套微重力/太空环境下可稳定运行的微生物发酵平台 MOBP，为太空任务中原位资源利用、生物制造和废物处理提供了可行的思路。

参考文献：

1. Liu, X., Pataranutaporn, P., Fram, B. et al. Development and flight-testing of modular autonomous cultivation systems for biological plastics upcycling aboard the ISS. npj Microgravity 11, 23 (2025). https://doi.org/10.1038/s41526-025-00463-2

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