关于食废细菌如何消化复杂碳可能导致回收塑料和植物废物的新信息

一种常见的环境细菌，Comamonastestosteroni，有朝一日可能成为大自然的塑料回收中心。虽然大多数细菌更喜欢吃糖，但C.testosteroni却对植物和塑料中的复杂废物有天然的胃口。

在西北大学领导的一项新研究中，研究人员首次破译了使C.testosteroni能够消化看似难以消化的代谢机制。这些新信息可能会导致新的生物技术平台，利用细菌来帮助回收塑料废物。

这项研究于6月<>日发表在《自然化学生物学》杂志上。

Comamonas物种几乎无处不在，包括土壤和污水污泥。C.testosteroni首先因其消化合成洗衣粉的天然能力而引起研究人员的注意。经过进一步分析，科学家们发现这种天然细菌还可以分解塑料和木质素(来自植物的纤维，木质废物)中的化合物。

尽管其他研究人员已经致力于设计可以分解塑料废物的细菌，但西北大学的LudmillaAristilde认为，具有消化塑料的天然能力的细菌在大规模回收应用中更有希望。

“土壤细菌提供了一种未开发，未充分开发，天然存在的生化反应资源，可用于帮助我们处理地球上积累的废物，”Aristilde说。“我们发现C.testosteroni的代谢在不同的水平上受到调节，并且这些水平是整合的。微生物学的力量是惊人的，可以在建立循环经济中发挥重要作用。

该研究由西北大学麦考密克工程学院土木与环境工程副教授Aristilde和博士生RebeccaWilkes领导，后者是该论文的第一作者。该研究包括来自芝加哥大学，橡树岭国家实验室和丹麦技术大学的合作者。

踢糖

大多数设计细菌的项目都涉及大肠杆菌，因为它是研究最充分的细菌模式生物。但是大肠杆菌在自然状态下很容易消耗各种形式的糖。只要有糖，大肠杆菌就会消耗它，并留下塑料化学物质。

“将不同目的的细菌工程化是一个费力的过程，”Aristilde说。“重要的是要注意C.testosteroni不能使用糖，时期。它具有天然的遗传限制，可以防止与糖的竞争，使这种细菌成为一个有吸引力的平台。

然而，C.testosteroni真正想要的是一种不同的碳来源。塑料和木质素等材料含有带有一圈美味碳原子的化合物。虽然研究人员已经知道C.testosteroni可以消化这些化合物，但Aristilde和她的团队想知道如何消化。

“这些是具有复杂键化学的碳化合物，”Aristilde说。“许多细菌很难将它们分开。

结合不同的“组学”

为了研究C.testosteroni如何降解这些复杂形式的碳，Aristilde和她的团队结合了多种形式的基于组学的分析：转录组学(RNA分子的研究);蛋白质组学(蛋白质研究);代谢组学(代谢物研究);和通量组学(代谢反应研究)。全面的多组学研究是一项艰巨的任务，需要各种不同的技术。阿里斯蒂尔德领导着为数不多的进行这种全面研究的实验室之一。

通过研究转录组学，蛋白质组学，代谢组学和通量组学之间的关系，Aristilde和她的团队绘制了细菌用来将塑料和木质素化合物降解为食物碳的代谢途径。最终，研究小组发现细菌首先分解每种化合物中的碳环。在将环打开成线性结构后，细菌继续将其降解为较短的碎片。

“我们从塑料或木质素化合物开始，它有七八个碳通过核心六碳圆形连接在一起，形成所谓的苯环，”Aristilde解释说。“然后，他们将其分解成具有三到四个碳的较短链。在这个过程中，细菌将这些分解的产物喂入它们的自然代谢中，因此它们可以制造氨基酸或DNA来帮助它们生长。

塑料垃圾升级再造

Aristilde还发现C.testosteroni可以通过不同的代谢途径引导碳。这些路线可以产生有用的副产品，可用于工业相关聚合物，如塑料。Aristilde和她的团队目前正在研究一个项目，研究触发这种聚合物生物合成的新陈代谢。

“这些Comamonas物种有可能制造几种与生物技术相关的聚合物，”Aristilde说。“这可能会导致产生塑料的新平台，减少我们对石油化学品的依赖。我的实验室的主要目标之一是使用可再生资源，例如将废物转化为塑料和从废物中回收营养物质。这样，我们就不必继续提取石油化学品来制造塑料。

Aristilde是西北大学塑料，生态系统和公共卫生计划可持续发展与能源研究所的成员。

这项研究，“Comamonas平台中用于多种芳烃碳代谢的复杂调节”，发表在NatureChemicalBiology杂志上。