摘要：在当今工业化快速发展的背景下，如何将环境污染与可持续发展问题一并解决，成为科研人员探索的重要课题。近日，英国爱丁堡大学Stephen Wallace团队在《Nature Chemistry》发表重磅研究，首次在大肠杆菌中实现了与代谢兼容的“Lossen重排”反
在当今工业化快速发展的背景下，如何将环境污染与可持续发展问题一并解决，成为科研人员探索的重要课题。近日，英国爱丁堡大学Stephen Wallace团队在《Nature Chemistry》发表重磅研究，首次在大肠杆菌中实现了与代谢兼容的“Lossen重排”反应，不仅能将塑料废料（PET）转化为重要代谢物，还能一步步合成退烧镇痛药——对乙酰氨基酚（paracetamol）。这一跨学科融合的成果有望开辟“从塑料到药物”的绿色制造新路径，为塑料污染治理、药物绿色合成和合成生物学发展提供全新方案。
众所周知，天然生物代谢网络反应受限，虽然精准高效，却无法覆盖合成化学中众多有用的反应类型。Lossen重排是一种经典的非酶促反应，能将羟肟酸类化合物转化为胺类产物，广泛应用于有机合成，却从未被引入活细胞系统中。该研究首次证明：这一原本“只能在试管中进行”的反应，在细菌体内也能顺利完成，而且无需金属催化剂，简单的磷酸盐就能在中性水环境下高效催化。
研究团队采用“营养缺陷恢复”实验巧妙验证了这一点。他们构建了一种缺乏对氨基苯甲酸（PABA）合成能力的大肠杆菌突变株。PABA是合成叶酸和DNA必不可少的物质，缺乏它细菌就无法生长。而Lossen重排的底物1，经反应可以在细菌体内生成PABA。
结果令人振奋：加入底物1后，即使没有任何金属催化剂，细菌也能“起死回生”，快速增长。进一步实验表明，这一反应是由培养基中的无机磷酸盐所催化，且过程对细菌无毒，真正达成“生物兼容”。
更令人惊喜的是，这一底物还可以从聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料瓶中两步合成得到。换句话说，科学家成功实现了“塑料瓶→底物1→PABA→细菌生长”的绿色循环链条。这一思路不仅能将PET废料变为细胞生长原料，还可实现微生物驱动的生物修复与资源再利用。
该研究并未止步于合成中间产物PABA，更进一步将这一化学反应系统嵌入到工程菌的代谢路径中，实现了塑料→退烧药的完整生物合成链条！
研究人员通过基因工程手段，分别引入来自蘑菇的ABH60酶（负责将PABA转化为4-氨基酚）和来自假单胞菌的PANAT酶（负责乙酰化为对乙酰氨基酚）。采用两株不同大肠杆菌进行“分工合作”，结合Lossen反应在体内生成的PABA，实现了塑料瓶制药的“全链条闭环”。
最终，研究实现了从PET废塑料中生成paracetamol的转化，产率高达92%，反应条件温和，绿色环保，极具工业化潜力。
该研究的重大突破不仅在于制造一种药物，更在于提出并验证了“非酶促反应+代谢网络+塑料原料”的新范式。其深远意义包括：
技术创新性：首次将非天然有机反应成功嵌入细胞代谢系统，拓展了生命体合成可能性；资源再利用：高效利用难降解的塑料废料，将“环境负担”转化为“生物资源”；药物制造新路径：以可再生原料为底物，替代传统石化合成，绿色、高效、低碳；可控合成平台：通过底物给定、基因调控、菌种组合，实现对化学产物的精准控制。这项研究堪称“绿色化学+合成生物学+废物治理”的完美融合，是实现生物制造智能化、可持续化的关键一步。
“用塑料瓶合成退烧药”，乍听像科幻小说，实则已成为现实。在合成生物学、绿色化学、生物工程日新月异的今天，未来的工厂也许不再是烟囱林立的车间，而是装着基因编辑细菌的培养瓶。它们用自然无法完成的化学反应，解决人类制造与污染的矛盾，为构建真正可持续的社会提供新路径。
我们期待，这类“人造化学生命体”的研究不止停留在论文中，而是早日走进工业体系和千家万户，助力人类迈向“无废世界”。
文章引用原文：
Nick W. Johnson et al. A biocompatible Lossen rearrangement in Escherichia coli, Nature Chemistry (2025). https://doi.org/10.1038/s41557-025-01845-5:contentReference[oaicite:0]{index=0}。
来源：自在桐风