許多人的一生中,，或許都使用過對乙酰氨基酚（paracetamol）這種藥物成分,。對乙酰氨基酚俗稱撲熱息痛，擁有泰諾（Tylenol）等商品名,。它是全世界使用最廣泛的止痛藥之一，許多感冒藥,、退燒藥等成分中也常見它的身影,。

撲熱息痛最早于19世紀(jì)末期被合成出來,。1877年,，德國化學(xué)家第一次記錄了這種化合物的結(jié)構(gòu)和合成方法,。20世紀(jì)50年代,，含有撲熱息痛成分的藥物在美國正式上市，但最初人們誤以為撲熱息痛存在安全隱患,，會導(dǎo)致使用者患上一種血液病,，幾年后科學(xué)家才證實撲熱息痛與這種血液病并無關(guān)聯(lián),。因此，直到20世紀(jì)70年代,，撲熱息痛才被廣泛接受,。到了20世紀(jì)80年代，撲熱息痛在包括英國在內(nèi)的許多國家的銷量已經(jīng)超過了阿司匹林,。

兩大難題

然而,，包括撲熱息痛在內(nèi)的許多藥物的合成與生產(chǎn),，嚴(yán)重依賴包括原油在內(nèi)的化石燃料作為原料和能源,?？茖W(xué)家表示,，每年有數(shù)千噸化石燃料被用來生產(chǎn)各種藥物和化學(xué)品,，這對氣候變化產(chǎn)生了重大影響,。

另一方面,，全球有數(shù)千萬噸塑料垃圾被丟棄——塑料水瓶,、外賣盒,、塑料包裝……這些塑料大多被填埋,、焚燒，或者漂浮在海洋中,。雖然從技術(shù)上講,，許多塑料是可回收的,，但大多數(shù)回收過程只是將廢棄的塑料處理為更低質(zhì)量的塑料繼續(xù)使用,，并沒有真正解決塑料污染的問題,。

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那么，有沒有一種方法,，能同時解決塑料污染和制藥產(chǎn)業(yè)對化石燃料的依賴,？

聽起來或許天馬行空，但上個月發(fā)表在《自然·化學(xué)》（Nature Chemistry）上的一項新研究中  ,，來自英國愛丁堡大學(xué)的研究團隊貌似給這一猜想提供了一些曙光,。他們成功通過廢棄塑料的成分，生物合成了撲熱息痛,。

塑料和感冒藥

這一轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵,，是一個已有百年歷史的化學(xué)反應(yīng),，叫作洛森重排（Lossen rearrangement）,，由德國化學(xué)家威廉·洛森（Wilhelm Lossen）于1872年發(fā)現(xiàn)。洛森重排反應(yīng)將異羥肟酸酯轉(zhuǎn)化為異氰酸酯,，最終可以轉(zhuǎn)化為胺類化合物,，這類分子是合成藥物,、染料和高分子材料等的基礎(chǔ)原料。

傳統(tǒng)的洛森重排反應(yīng)需要堿,、熱量和金屬催化劑,。但在這項實驗中，研究人員成功地將洛森重排“搬進了”細(xì)胞內(nèi),。他們使用的不是毒性強或條件苛刻的催化劑,，而是細(xì)胞中本就有的普通成分：磷酸鹽。這意味著,，這個反應(yīng)可以在溫和,、安全的條件下，在細(xì)菌體內(nèi)自然進行,。

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通過化學(xué)合成與生物合成兩種方式完成洛森重排（圖片來源：原論文）

研究者從最常見的塑料——聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）出發(fā),，也就是制作飲料瓶的材料。他們先把PET分解成對苯二甲酸單體,，再將其加工成能進行洛森重排的?；u肟酸酯（acyl hydroxamate ester）。

接著,，研究者將其“喂”給經(jīng)過了基因工程改造的無害大腸桿菌,，在較溫和的條件下，僅通過磷酸鹽的催化,，便能觸發(fā)大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)的洛森重排,，將酰基羥肟酸酯轉(zhuǎn)換為對氨基苯甲酸（PABA）。這是一種天然的大腸桿菌代謝物分子,，可用于生產(chǎn)其他化學(xué)物質(zhì)。

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通過改造大腸桿菌完成洛森重排（圖片來源：原論文）

研究團隊還給大腸桿菌引入了兩種異源基因,，一個基因（adh60）來自一種真菌,，另一個基因（panat）來自一種細(xì)菌，這兩種基因產(chǎn)生的酶可以讓大腸桿菌將PABA進一步轉(zhuǎn)化為對乙酰氨基酚,，也就是撲熱息痛,。通過優(yōu)化大腸桿菌中這兩個基因的表達(dá)水平，研究團隊成功從廢棄PET塑料提取原料并轉(zhuǎn)化為撲熱息痛,，轉(zhuǎn)化率高達(dá)92%,。

還有很長的路要走

“這項研究表明，PET塑料并非只會淪為垃圾,，或只能被回收為低級塑料制品,。它還可以被微生物轉(zhuǎn)化為有價值的新產(chǎn)品，包括具有治療疾病潛力的產(chǎn)品,?！边@項研究的通訊作者斯蒂芬·華萊士（Stephen Wallace）說。

這項新技術(shù)能在不到24小時內(nèi)將工業(yè)PET廢料加速轉(zhuǎn)化為撲熱息痛,。且在室溫下就可以進行,，相比工業(yè)生產(chǎn)，幾乎不產(chǎn)生碳排放,。于是研究者便展開了暢想,，或許將來，可以完全使用廢棄的PET塑料,，通過這種方法合成撲熱息痛,。這樣既解決了廢棄塑料的回收問題，又大大降低了藥物生產(chǎn)對原油和化石燃料的依賴,。

但真要實現(xiàn)這個目標(biāo),，還有很長的路需要走。研究團隊表示,，在實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)之前,，還需要繼續(xù)開發(fā)這項技術(shù)。目前的實驗規(guī)模還很小,，轉(zhuǎn)化效率和副反應(yīng)等諸多因素需要在實際工業(yè)生產(chǎn)的條件下重新評估,。而且在反應(yīng)過程中，?；u肟酸酯積累起來后,，可能會對大腸桿菌細(xì)胞產(chǎn)生毒性，阻止反應(yīng)繼續(xù)進行。因此,，如果要完成大規(guī)模生產(chǎn),，還需要改造出耐受性更強的菌株。

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圖片來源：原論文

值得一提的是,，這項研究屬于一個正在興起的新領(lǐng)域：生物兼容化學(xué)（biocompatible chemistry）,。如今許多合成有機化學(xué)反應(yīng)（比如生產(chǎn)許多藥物和材料的反應(yīng)）在自然界和生物系統(tǒng)中并不存在，也沒有現(xiàn)成的酶來完成,，因為反應(yīng)過程中使用的非天然底物,、溶劑和催化劑可能對細(xì)胞具有毒性，高溫等反應(yīng)條件也不符合細(xì)胞的生存條件,。但通過改造生物細(xì)胞,，讓反應(yīng)在活細(xì)胞內(nèi)部也能進行，這便是生物兼容化學(xué),。生物兼容化學(xué)將非酶促反應(yīng)引入了微生物環(huán)境,，擴展了微生物的合成能力，從而能夠利用可再生資源生產(chǎn)工業(yè)相關(guān)的化學(xué)品,。

或許,，不久以后，你吃的感冒藥,，正好就來自你幾年前丟掉的飲料瓶,。