细菌制造的“脱石油”塑料：PDCA展示了超过PET的可能性

「强而能解」——日本的一个新举措解决了塑料一直以来的矛盾要求。神户大学的生物工程团队利用大肠杆菌高浓度生产生物降解塑料前体“PDCA（2,5-吡啶二羧酸）”，并展示了含有PDCA的材料性能可能与PET相当或优于PET。该消息于2025年9月4日由Phys.org发布，原始论文已于8月25日在线发表在Metabolic Engineering上。Phys.orgPubMed

为什么选择“PDCA”——PET的难题与含氮骨架

PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）轻且强，透明且易于成型。正因其“优等生”特性，导致回收和分解滞后以及微塑料问题。尽管PLA和PHA等是替代候选，但在强度、耐热性和加工性综合得分上超越PET并不容易。

因此，拥有吡啶环的PDCA备受瞩目。由于骨架中含有氮（N），分子间相互作用的设计空间得以扩展，作为高性能聚合物的构成单元极具吸引力，但生物生产效率是瓶颈。神户大学团队通过“动员细胞的氮代谢”这一代谢工程的思维转变来挑战这一瓶颈。Phys.org神户大学

有什么新突破——“无副产物”的清洁合成和超过7倍的浓度

根据论文，研究团队以p-氨基苯甲酸（PABA）途径为基础，逐步结合外源酶AhdA和改良型PobA，建立了葡萄糖→PABA→PDCA的直接生物合成。在试管中，72小时达到1.84 g/L，在生物反应器中，144小时达到10.6 g/L。这相当于比以往报道高出7倍以上的浓度，首次展示了具有规模感的发酵生产的标准。更重要的是，设计出无不良副产物的路径，预计能减轻下游纯化的负担。PubMed神户大学

研究小组表示，“利用氮的代谢反应，可以在没有副产物的情况下合成目标物”（摘自神户大学发布）神户大学

克服的“BOSS战”——H₂O₂导致的酶失活

然而，过程并非一帆风顺。引入的酶之一在反应的副过程中产生过氧化氢（H₂O₂），生成的H₂O₂攻击酶并使其失活，成为“自我毁灭”的瓶颈。研究团队通过优化培养条件，添加H₂O₂清除剂来解决此问题。在工厂规模下，添加剂的成本和物流是挑战，但通过过程控制和催化剂改良也有替代解决的空间。神户大学

“超越PET”的意义——从材料设计的角度

Phys.org强调，“含有PDCA的材料性能与PET相当或优于PET”。这里的关键是“PDCA＝成品塑料”而非“构成高性能聚合物的构建块”。根据共聚比和添加剂设计，刚性、耐热、耐冲击的最佳点会有所不同，因此不是直接替换PET瓶，而是进入薄膜、纤维、工程塑料等根据用途寻找胜利路径的阶段。Phys.org

实现之前的“下一个障碍”

1. 原料和发酵成本：10.6 g/L是一个强有力的数字，但每加仑的成本是关键。糖资源的可持续性和副流原料（如纤维素糖化液）的应用也是关键。PubMed

2. 下游纯化（DSP）：利用少副产物的优势，追求提取和结晶化的节能化。

3. 聚合和成型的兼容性：能否以最小改造适应现有生产线（熔融、拉伸、注塑、纤维纺丝）。

4. 分解情景的标准化：在何种条件下、需要多长时间分解（堆肥化、土壤、海水等）需根据国际标准进行验证。

5. LCA/PCF：**通过生命周期评估（LCA）和产品碳足迹（PCF）**，量化相对于石油基PET的CO₂减排幅度。这直接关系到法规和激励措施的设计。

神户大学表示**“通过生物反应器获得足够的量，已看到实用化的路径”。通过产学合作改良催化剂耐性的酶和培养控制**，可以降低对清除剂的依赖。神户大学

与现有生物塑料的定位

• PLA/PHA：在生物降解性方面领先，但在耐热和冲击方面用途常受限。

• PDCA系：利用含氮芳香族骨架，在高刚性和耐热性方面具有设计优势。神户大学计划在2024年发布**“高品质绿色塑料的微生物工厂”，并积累连续过程化和材料设计选择**。神户大学

数据解读突破

• 1.84 g/L（72h, 试管）→10.6 g/L（144h, 生物反应器）：随着时间和规模的增长稳步提升。作为**发酵生产的“预期线”**，前景广阔。PubMed

• “超过7倍”：相较于以往报告的浓度改善，直接关系到下游成本的递减和资本效率。神户大学

• “无副产物”导向：有助于分离和纯化的节能化。Phys.org

SNS反应汇总

海外论坛Reddit的科学板块中，“想用3D打印机试试这个”的技术人员期待与“关键在于生产速度和工业规模。是否能称为突破需谨慎”的实务视角评论混杂。讨论集中在量产性、LCA、用途开发，由于“强度与降解性的兼容”，许多人认为应探索从包装材料→纤维→工程塑料的阶段性应用。Reddit

另一方面，新闻报道中ScienceDaily和**EurekAlert!相继报道，以“无副产物路径”和“创纪录的生产水平”**为关键词传播。一般媒体也以“比PET更强的生物降解塑料”为标题，期待先行与冷静的实施论之间的对抗变得可见。##HTML_TAG_457