塑料污染日益严重，全球每年产生5000万吨一次性塑料。这些塑料常用于食品饮料包装，却往往未能按预期回收，而是通过填埋、焚烧或直接进入环境处置。
爱丁堡大学的研究团队开发出一种将塑料废料转化为L-DOPA的方法。L-DOPA是治疗帕金森病的常用药物，该病是一种由人脑中多巴胺生成神经元缓慢退化引发的神经肌肉疾病。目前全球每年生产约250吨L-DOPA，随着发病率上升，需求预计持续增长。现有L-DOPA生产全部依赖化石燃料合成。
爱丁堡大学研究组创建了以塑料（PET）为主要碳源的可持续生物工艺。研究人员先将PET分解为基本组分，生成对苯二甲酸，再引入工程化大肠杆菌菌株，将对苯二甲酸化学转化为L-DOPA。
塑料废料转化为L-DOPA需经四个步骤，由七种不同基因编码。每步反应所需的酶来自全球多种细菌，研究人员将其组合形成两种协同工作的细菌，以前后衔接方式完成整个转化路径。
工程化细菌转化塑料废料
相比单步法，该双步法生产L-DOPA需要更长的开发周期。在培育第一种细菌时，研究团队发现反应过程中中间产物大量累积，抑制了细菌酶将塑料废料转化为L-DOPA的能力。中间产物堆积导致反应受阻，路径无法完成。研究人员通过开发第二种细菌专门处理路径的第二步——即在第一种细菌生成中间产物后进行转化，成功解决了该问题。
华莱士表示："这只是我们利用这些工程菌的开端。若能将塑料废料转化为治疗神经疾病的药物，那么该技术还能生产哪些其他药物？塑料是环境问题，但也蕴含巨量碳资源，实为当前未充分利用的最大碳资源之一。"
该研究发表于《自然·可持续性》期刊，获得英国研究与创新署及工业生物技术创新中心资助，Impact Solutions公司参与研究。
塑料废料规模化生产
本研究的主要目标之一是扩大L-DOPA生产规模，验证塑料废料制药的可行性。研究团队成功将L-DOPA产量提升至每升液体0.9克（原料为化学分解后的PET塑料废料）。
利用热转印箔生产产生的工业塑料废料（年产量约4万吨PET），研究人员实现了5克/升的药物产量，并通过标准制药纯化方法获得固体药物。其产量相当于早发性帕金森病患者的临床用药剂量。重要的是，该工艺不仅能处理实验室级纯净原料，还能直接利用消费后塑料废料。
研究团队还使用了爱丁堡大学收集的废弃塑料瓶作为原料。尽管消费后废料中残留的增塑剂导致转化率低于纯净原料，但该过程仍能产出可测量的药物量。
迈向更可持续的制造工艺
研究组还探索了反应阶段产生的二氧化碳是否可被回收。为此，研究人员将微藻与细菌共同培养，利用藻类光合作用吸收细菌反应释放的二氧化碳。尽管团队将此归类为初步成果，但这表明未来可能实现近碳中和的生产过程。
当前L-DOPA的化学合成路线依赖化石燃料原料，消耗不可再生资源。而细菌工艺以塑料废料为原料，所有环节均源自非化石来源，具备完全可持续的潜力。该工艺还能省去合成步骤，在温和环境条件下（仅需水、近中性pH值）生产L-DOPA，无需特殊化学品。
药物最终关联的PET在整个过程中保持相同的碳骨架结构，因此制药无需新增化石燃料，药物实质由废弃塑料瓶残余物生成。
循环系统与废料衍生原料
研究还表明，面包废料中提取的葡萄糖可支持细菌生长。细菌高效消耗葡萄糖，提升整体系统的循环性。
工业生物技术创新中心的利兹·弗莱彻博士强调："将废弃塑料瓶转化为帕金森病药物不仅是创新的回收方式，更是重新设计生产方法——构建与环境和谐且切实改善人类生活的高效系统。"
该研究获得工程与物理科学研究理事会1400万英镑资助，通过碳循环可持续生物制造中心推进。该中心专注于将工业废料转化为药物成分等高附加值产品。
后续计划
研究人员明确指出，当前成果仅为概念验证，尚未发展为完整生产系统。将细菌生物转化工艺放大至工业规模面临重大挑战，实验室结果无法完全解决这些问题。
后续需解决诸多环节：目前工程菌依赖抗生素维持基因路径，这在工业规模不可行；未来需将基因直接插入细菌基因组。还需在实际生产中进行全生命周期分析和成本效益评估，确认环境净收益。此外，必须验证消费后塑料中的化学污染物是否会影响最终药物的治疗安全性。
塑料废料的更广泛应用
全球每年丢弃约1亿吨塑料，远超全球药品总产量。研究人员强调，该技术并非塑料废料的终极解决方案，而是为当前无法利用的废物流创造额外价值的策略组成部分。
研究团队相信，该生物升级回收平台未来可拓展至更复杂的药物、香料、化妆品及工业化学品生产。
实际意义
制药领域而言，可扩展的生物生产方法将降低对石化原料的依赖，减少塑料原料成本，同时为原本需支付处置费的塑料创造新价值。
更广泛意义上，该研究开辟了传统机械回收无法实现的路径——机械回收会随时间推移逐渐降低材料质量。相比之下，将塑料化学转化为高附加值化合物（如药品）能提取更高价值，并避免塑料加工中常见的高温和有毒溶剂工艺。
若该生产方法被证实适用于大规模生产，将为现有系统难以处理的废物流提供新管理工具。研究成果已在线发表于《自然·可持续性》期刊。
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