由爱丁堡大学化学生物技术教授斯蒂芬·华莱士领导的研究小组开发了一种技术，利用基因工程大肠杆菌将塑料废物转化为止痛药对乙酰氨基酚（扑热息痛）。
这项研究成果于2025年6月23日发表在科学杂志《自然化学》上。研究团队对大肠杆菌进行了基因改造，使其无法再通过正常的生物途径产生对氨基苯甲酸（PABA）。然后，他们给它们喂食由聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 塑料瓶化学制成的前体化合物，该化合物通过称为罗森重排的化学反应产生 PABA。通过额外的基因指令，大肠杆菌将 92% 的降解塑料废物转化为对乙酰氨基酚。目前对乙酰氨基酚的生产依赖化石燃料，因此这项技术为可持续药物生产提供了一条途径。
科罗拉多矿业学院副教授 Dylan Domayle 指出，扩大到工业规模存在挑战，而休斯顿大学副教授 Venkatesh Balan 则强调开发允许单一有机体分解塑料并将其转化为有用材料的技术的重要性。
【编辑部评论】
为了理解这项研究的革命性意义，我们首先解释一下技术背景。研究小组意识到的是罗森重排”它涉及到威廉·罗森 (Wilhelm Rosen) 于 1872 年在活细菌中发现的化学反应。传统上，该反应需要高温和恶劣的条件，但由于大肠杆菌中的磷酸盐充当催化剂，因此可以在对生物体无害的环境中进行该反应。
这一发现尤为重要，因为重点是，自然界中不存在的化学反应被纳入生物系统中。通常情况下，生物只能进行通过进化过程获得的有限数量的化学反应，但这项技术使生命系统能够进行以前不可能的化学转化。
目前对乙酰氨基酚的生产完全依赖化石燃料。以苯酚为原料，经过硝化、还原、乙酰化等多道工序生产，CO2排放量相当可观。可以说，它有可能从根本上改变这种每年生产数十万吨的药物的制造工艺。
从解决塑料垃圾问题的角度来看，这也是具有开创性的。每年生产约 5600 万吨 PET 塑料，其中 80% 为一次性用途，产生约 2400 万吨废物。这项技术将废物转化为有价值的药物。升级改造”变得现实。
然而，实际应用仍然存在一些挑战。使用目前的方法，PET 降解过程不适合扩大到工业规模。此外，48小时内92%的转换效率在实验室水平上已经非常出色，但商业化生产还需要进一步优化。
在监管方面，需要一个框架来支持使用基因工程微生物进行药物制造的新领域。特别是塑料药品的安全性评估标准是前所未有的，与监管机构的密切协商至关重要。
这项技术的真正创新之处在于它超越了传统的“化学或生物学”的二元选择。两者的结合使得仅靠化学合成无法有效实现的转化成为可能，也无法单独通过生物方法实现。这是”生物相容性化学”预示着一个新学术领域的诞生。
从长远来看，有望应用于其他医药和化工产品。如果建立以塑料废物为原料的循环制造系统，整个化学工业的可持续性将得到显着提高。然而，要实现这一目标，挑战将是确保生产成本的竞争力和建立稳定的质量控制体系。
【术语解释】
罗森重排
Wilhelm Rosen 于 1872 年发现的一种有机化学反应。通常需要高温和恶劣的条件，但在这项研究中，大肠杆菌中的磷酸盐起到了催化剂的作用，使其具有生物相容性。
生物相容性化学
可以在活细胞内进行的非酶化学反应。它作为超越传统生物方法和化学合成之间界限的新学术领域而受到关注。
PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）
一种用于 PET 瓶和食品包装的典型塑料。每年生产约 5600 万吨，其中 80% 是一次性的，是造成废物问题的主要原因。
对氨基苯甲酸 (PABA)
细菌合成叶酸（维生素 B9）所需的必需化合物。 DNA 合成所必需的物质，如果没有这种物质，细菌就无法生存。
对乙酰氨基酚（扑热息痛）
世界卫生组织推荐的一线解热镇痛药。它以 Tylenol、Panadol 和 Calpol 等商品名出售。目前它是由化石燃料制造的。
[参考链接]
爱丁堡大学（外部）
苏格兰著名大学，成立于1583年。英国研究实力排名第4位的综合性大学
自然化学（外部）
化学领域世界顶级学术期刊。同行评审科学月刊，影响因子为 19.2
科罗拉多矿业学院（外部）
一所专注于工程、科学和技术的公立研究型大学，成立于1874年。专注于能源和环境领域
休斯敦大学（外部）
它成立于1927年，是德克萨斯州最大的公立研究型大学。超过 45,000 名学生注册
[参考视频]
合成生物学将如何帮助我们建设可持续的未来|斯蒂芬·华莱士 | TEDx维也纳
领导这项研究的斯蒂芬·华莱士教授在 TED 发表演讲。在 11 分 42 秒的时间里，它解释了合成生物学如何为应对气候变化做出贡献。
斯蒂芬·华莱士教授
来自爱丁堡创新官方频道的介绍华莱士教授研究的视频。用了3分32秒的时间介绍了他的实验室的努力。
[参考文章]
大肠杆菌中生物相容性 Lossen 重排（外部）
本研究的原始论文。在大肠杆菌中实现 Rosen 重排的技术的详细数据
科学家利用细菌将塑料废物转化为扑热息痛（外部）
英国卫报报道研究结果。详解技术的社会意义和问题
研究人员将塑料转化为扑热息痛（外部）
《化学工程新闻》的技术评论文章。从工程角度分析研究成果
[编者后记]
读到这条新闻，我感觉有些奇怪。像往常一样，我在便利店买了一个塑料瓶，喝完后，我把它放进回收箱里。没想到一个不经意的举动，竟然会带来这样的可能。
小时候，我记得在科学实验中学到“物质只会改变形式，不会消失。”但是，长大后，我完全忘记了这一点，认为用过的物品作为“垃圾”处理是很正常的。
然而，在了解了这项研究并再次思考之后，我意识到自然界中的一切都是出于某种原因而有用的。即使枯萎的花朵也能成为土壤的养分，让新的花朵绽放。我认为如果我们制造的塑料可以用于类似的东西那就太好了。
结果还在实验室里，但当我想象研究人员努力工作时，我想支持他们。如果有一天这真的成为现实，我相信我对倒垃圾的看法会改变。你也许可以带着一点爱意送出一个塑料瓶，并说：“再见。”