爱丁堡大学的科学家开发了一种新方法，利用塑料废料作为起点生产对乙酰氨基酚（扑热息痛）。通过基因工程改造大肠杆菌（Escherichia coli），研究人员能够将从回收聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料中获得的对苯二甲酸转化为常见止痛药。这一过程通过微生物发酵完成。
合成生物学能否为药物生产提供既可持续又可扩展的新途径？尽管仍处于早期阶段，这项研究为越来越多的研究成果增添了新的证据，表明工程微生物不仅能用于开发新疗法，还能重新思考基本药物的制造方式。
塑料到对乙酰氨基酚：研究内部
将塑料转化为药物成分不仅仅是简单地替换一种原材料为另一种。这需要重新设计化学反应，并在这种情况下，重新编程细菌来实现目标。
爱丁堡团队方法的核心是对苯二甲酸，这是PET塑料分解时释放的一种化合物。研究人员没有依赖石油衍生化学品，而是直接将对苯二甲酸喂给大肠杆菌，但并非普通菌株。他们改造了这种微生物，使其遵循一条精心设计的路径，将塑料衍生化合物转化为对乙酰氨基酚。
今天发表在《自然化学》上的论文描述了这一过程。它在室温下进行，排放量极少，避免了化石燃料化学合成的使用。根据作者的说法，该方法在不到24小时内实现了近90%的转化率。这项研究得到了阿斯利康（AstraZeneca）和英国工程与物理科学研究委员会（EPSRC）资助计划的支持。
重新思考药物制造
活性药物成分（API）的生产仍然高度依赖石化工艺。即使是像对乙酰氨基酚这样简单且广泛使用的止痛药，通常也是通过多步骤合成制成，起始于苯酚——一种原油产品。标准工艺包括在高温和大量溶剂条件下进行硝化、氢化和乙酰化步骤。
尽管这种模式效率高且历史悠久，但它将药物生产与化石燃料供应挂钩，并导致工业排放，特别是应用于像对乙酰氨基酚这样的高容量通用药物时，其全球消费量巨大。
相比之下，基于发酵的生产已经是生物制品和许多复杂分子的常态，从胰岛素到抗生素和单克隆抗体均如此。爱丁堡团队的工作提出了小分子也可能通过微生物系统制造的可能性。
微生物工程的一个优势在于其模块化。路径可以潜在调整或重定向以适应不同的目标。虽然这条对乙酰氨基酚路径不会立即取代当前的制造工艺，但它可能是迈向更灵活、更低排放药物生产模型的重要一步。
此类努力的背后也获得了越来越多的动力支持。制药公司正面临减少碳足迹、降低溶剂浪费以及报告环境绩效的压力，这些都属于更广泛的ESG（环境、社会和治理）承诺的一部分。支持此项研究的阿斯利康在其2023年可持续发展报告中明确将可持续性列为优先事项，并承诺到2030年将其碳足迹减半。无论这种驱动力是源于行业指导方针还是对更可持续供应链的愿景，这些行动无疑产生了积极影响。
从塑料到制药：循环经济模式是否可行？
尽管微生物生产对乙酰氨基酚在实验室中显示出前景，但实际应用仍存在若干障碍。主要挑战之一是塑料废物的可变性。来自瓶子或包装的PET可能在质量和组成上有所不同，这使其难以作为制药生产的一致原料。
监管限制是另一个限制因素。通过发酵生产API并非新鲜事物；自20世纪80年代初以来，大肠杆菌已被用于生产胰岛素。但将类似工艺应用于小分子，尤其是来自非传统来源如塑料的小分子，需要仔细验证，并可能需要新的监管框架。
从经济角度看，对乙酰氨基酚的化学合成仍然高效且廉价。微生物路线需要通过更低的排放、更具弹性的供应链或更容易获取的原料等优势才能在规模上具备竞争力。
话虽如此，这项对乙酰氨基酚研究并非孤立存在。越来越多的研究项目正在探索如何利用PET废物制造有用化合物，包括可生物降解塑料和工业化学品。这些努力运用了许多相同的原则：工程微生物、酶路径和发酵。
如果塑料能转化为像对乙酰氨基酚这样广泛使用的药物，就会引发一个合理的问题：其他药物是否也能效仿？
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