重编程微生物底盘用于PHA材料的定制化低成本生物合成

合成生物学为新材料合成提供了无限可能,将为材料学带来变革性影响。环境友好型材料聚羟基脂肪酸酯(PHA)作为合成生物学与材料学深度融合的产物,是微生物胞内合成一类线性高分子聚酯,被认为可部分替代传统化学塑料。PHA含有至少150种单体,其组成、结构及性能的多样性带来了广泛的应用前景,形成了PHA家族或组学。PHA在学术界和产业界已深入研究了30多年,其中个别PHA材料已实现了商业化生产。利用合成生物学和代谢工程重新编程高性能微生物底盘细胞,并控制不同前体底物比例,可实现具有不同结构和性能的PHA材料的定制化合成。下一代工业生物技术是基于嗜盐微生物的节能节水的连续无灭菌开放式工业发酵工艺,能大幅度降低生产成本,更推动了PHA材料的低成本规模化生产。本文就PHA家族的组成以及工程化微生物底盘利用下一代工业生物技术高效低成本地合成多样化的PHA材料方面的进展做一简要综述,将重点介绍PHA家族的单体组成、材料性能和包含塑料、医用、能源、智能材料等领域的PHA应用价值链,以及重编程的假单胞菌和嗜盐单胞菌在PHA定制化低成本合成中的一些工程化技术和成果、产业化应用情况,并针对如何进一步降低生产成本及提高材料性能进行探讨。本文对基于合成生物学的生物材料定制化合成研究有重要参考价值。