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從垃圾桶到藥盒子：一只塑料瓶的奇幻漂流

撰文丨易艾藍

你喝完一瓶水，隨手把塑料瓶扔進垃圾桶。這個瓶子可能被焚燒、填埋，在環(huán)境中存在數(shù)百年。但你有沒有想過，它有一天能變成治療老年癡呆的藥？

這不是科幻小說。3月16日，英國愛丁堡大學(xué)在國際頂級期刊Nature Sustainability上發(fā)表了一項令人驚嘆的研究[1]：他們利用改造的細(xì)菌，將聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料垃圾——就是我們?nèi)粘Ｓ玫牡V泉水瓶、食品包裝盒——成功轉(zhuǎn)化成了左旋多巴，一種治療帕金森病的“一線藥物”。

這項研究不僅為全球每年數(shù)千萬噸的塑料垃圾找到了新出路，也為制藥工業(yè)提供了一種更環(huán)保、更可持續(xù)的藥物生產(chǎn)方式。

圖：研究截圖

從塑料垃圾到救命藥，

科學(xué)家搭了一座“代謝橋梁”

左旋多巴是目前治療帕金森病的有效藥物之一，全球年需求量約250噸。但它的生產(chǎn)一直依賴化石燃料衍生的化學(xué)合成，過程能耗高、污染大。

而PET塑料，我們身邊最常見的塑料之一。它的化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有一種叫“對苯二甲酸”（TPA）的芳香族化合物，而這種結(jié)構(gòu)，恰好與左旋多巴的分子結(jié)構(gòu)有相似之處。

研究團隊的思路很簡單：能不能把塑料里的碳原子“拆”出來，重新組裝成藥物？

他們在實驗室大腸桿菌中設(shè)計了一條全新的代謝通路，共涉及7個基因、4步反應(yīng)。第一步，細(xì)菌把TPA轉(zhuǎn)化成原兒茶酸（PCA）；第二步，PCA脫羧生成兒茶酚；第三步，兒茶酚與丙酮酸、氨發(fā)生反應(yīng)，最終生成左旋多巴。

聽起來復(fù)雜，但整個過程在溫和的水溶液中進行，溫度只有21°C，就像泡一杯茶一樣簡單。

然而，科學(xué)從來不會一帆風(fēng)順。

一個塑料瓶，真的變出了藥

研究團隊很快遇到了兩個棘手的問題。

第一個問題是“進料難”。TPA帶有負(fù)電荷，很難穿過細(xì)菌的細(xì)胞膜。為了解決這個問題，他們引入了一種來自紅球菌的轉(zhuǎn)運蛋白TpaK，相當(dāng)于給細(xì)菌開了一扇“專用通道”。改造后的細(xì)菌，TPA轉(zhuǎn)化效率大幅提升。

第二個問題更麻煩——“代謝堵車”。在反應(yīng)過程中，中間產(chǎn)物兒茶酚會反過來抑制第一步反應(yīng)的酶，導(dǎo)致整個生產(chǎn)線“堵死”。團隊嘗試了各種方法，最終想到了一個巧妙的解決方案：把整個代謝通路拆分成兩個菌株。第一個菌株負(fù)責(zé)把TPA轉(zhuǎn)化為兒茶酚，第二個菌株再把兒茶酚轉(zhuǎn)化為左旋多巴。兩個菌株接力完成，中間產(chǎn)物被及時消耗，避免了抑制作用。

這種“分工協(xié)作”的策略，讓整個轉(zhuǎn)化過程暢通無阻。

接下來，研究團隊拿來了真正的塑料垃圾——一個廢棄的PET水瓶，以及工業(yè)上大量產(chǎn)生的燙金箔廢料（一種PET廢料）。

他們將塑料碎片在堿性條件下水解，得到含有TPA的混合物，然后直接投入細(xì)菌反應(yīng)體系中。結(jié)果令人振奮：從水瓶廢料中獲得了49%的轉(zhuǎn)化率，從燙金箔廢料中獲得了55%的轉(zhuǎn)化率。

更令人驚嘆的是，團隊成功從反應(yīng)液中分離提純約193毫克左旋多巴，足夠制成多個臨床劑量的帕金森病藥物。

這意味著一只廢棄的塑料瓶，真的被“煉”成了藥。

可持續(xù)制藥的新可能

這項研究的另一個亮點在于，他們還考慮了“碳足跡”。在塑料轉(zhuǎn)化為藥物的過程中，中間步驟會釋放二氧化碳。研究團隊引入了一種叫做萊茵衣藻的微藻，用它來“捕捉”這些二氧化碳，通過光合作用將其轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)。

實驗結(jié)果證實，微藻不僅成功吸收了反應(yīng)釋放的CO?，還因此長得更好了。雖然這還只是初步的概念驗證，但它指向了一個令人興奮的未來：一個既能處理塑料垃圾、又能生產(chǎn)藥物、還能固碳的“零碳制藥工廠”。

當(dāng)然，這項研究目前還處于實驗室階段。研究團隊也坦誠地指出了挑戰(zhàn)：左旋多巴在水中的溶解度有限，需要進一步優(yōu)化分離純化工藝；大規(guī)模生產(chǎn)需要將通路整合到細(xì)菌基因組中，擺脫抗生素依賴；真正的工業(yè)應(yīng)用還需要詳細(xì)的生命周期評估。

但這項研究的意義，遠(yuǎn)不止于“塑料變藥”本身。它展示了一種全新的思維方式：塑料垃圾中的碳，不是污染物，而是一種尚未被開發(fā)的資源。利用工程生物學(xué)，我們可以將這些碳重新納入循環(huán)經(jīng)濟，生產(chǎn)出高價值的醫(yī)藥產(chǎn)品。

對于全球每年數(shù)千萬噸的塑料垃圾，以及日益增長的帕金森病患者群體來說，這無疑是一道曙光。

也許有一天，你喝完水后扔掉的瓶子，會被送到這樣的“生物精煉廠”，變成一粒粒藥片，送到需要的人手中。垃圾與藥物之間，可能只隔著一群改造過的細(xì)菌。而這，正是科學(xué)最迷人的地方。

參考文獻：

[1].Royer, B., Era, Y., Valenzuela-Ortega, M. et al. Microbial upcycling of plastic waste to levodopa. Nat Sustain (2026). https://doi.org/10.1038/s41893-026-01785-z

本文首發(fā)：醫(yī)學(xué)界神經(jīng)病學(xué)頻道

責(zé)任編輯：老豆芽

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