合成生物學在化工新材料領域的應用及展望

陳潔 ， 黃永康 ， 王希

上海市質量監督檢驗技術研究院，上海 201114

石油作為絕大多數化工材料的終端原材料，一方面正在面臨資源枯竭的問題，另一方面，由能源化工生產或者石油作為燃料帶來的環境污染問題也越加突出。傳統石化工藝技術突破和技術革新面臨著極大的瓶頸。與此同時，天然生物的種類和多樣性遠遠超過傳統石化材料，因此，新材料合成生物學是一個創新且可行的解決方案。

1 合成生物學在新材料領域的應用

合成生物學起源于19世紀末20世紀初，它的出現和發展得益于基因測序技術的發展和DNA合成成本的大幅下降、生物基因數據規模數量級增長，通過整合物理、數學以及計算機等理性工具對生物細胞的基因進行設計和改造，從而獲得生物學目標功能［1］。利用合成生物學，有望通過設計和篩選目標基因、組裝人工細胞、構建微生物細胞代謝新途徑合成工業化學品，進而取代石油化工合成路線的目標，圖1列出了合成生物學和材料合成生物學近20年來主要的里程碑事件。

圖1 合成生物學和材料合成生物學主要里程碑時間表Fig. 1 Timeline of major milestones in synthetic biology and materials synthetic biology.

從理論上來說，絕大多數的化工材料都可以借助合成生物技術從生物原料（如秸稈等）中制得，同時合成生物技術還可以合成傳統化工工藝不能合成的新材料，是一種生產綠色、條件溫和且原料廣泛的新工藝。如今，對菌種進行基因改造的技術已相對成熟，經過特定基因編輯后的大腸桿菌和谷氨酸棒狀菌已廣泛用于PHA、PHB、PLA、戊二胺、丁二酸等化學制品的生產（圖2）。……