木质素是木质纤维素生物质的主要成分，是地球上最大的可再生芳烃来源，可用于生物精炼和造纸工业，全球木质素的年产量已上升到约5000万吨。然而，以焚烧或堆放填埋处理木质素废物的传统方法存在资源利用效率低下和严重的环境污染问题。随着人们认识到木质素作为生物燃料、化学品和工业品材料的巨大潜在价值，其废物利用逐渐成为可持续生物经济领域的热门课题。
聚羟基链烷酸酯（PHA）作为一种来源于微生物合成的可生物降解聚酯，以其卓越的生物相容性和热力学性能，在多个领域展现出巨大潜力，包括制造可生物降解材料、作为化妆品中的生物基美容面膜成分，以及医疗领域中的手术缝合线。然而，由于原材料价格高昂，PHA的商业化应用一直受到限制。
近年来，科学家们致力于开发将木质素转化为PHA的微生物转化技术，并显示出了广阔的应用前景。特别是利用恶臭假单胞菌的特殊代谢途径，木质素衍生的芳香化合物，如对香豆酸（p-CA）和阿魏酸（FA），能够被有效转化为PHA的关键构建单元。然而，这一转化过程并非易事，其效率受到多种因素的制约，包括分馏技术、菌株种类的选择以及底物的性质等。
为了克服这些挑战，研究人员采用了一系列创新方法，如合成生物学技术、基因工程改造和优化发酵策略等。这些方法不仅提高了木质素到PHA的转化效率，还改善了PHA组成的均一性，为PHA的商业化应用铺平了道路。
天津大学的研究团队近日取得了突破性进展，他们通过一系列巧妙的工程策略显著优化了聚羟基链烷酸酯（PHA）的积累并调整了其单体组成。这些策略包括精准地阻断PHA的降解路径、增强PHA的生物合成能力，并对β氧化途径进行了重新设计。基于这些创新方法，他们成功构建了一株名为KT2440的工程化恶臭假单胞菌。
当结合补料分批发酵技术时，这株工程化菌株所生成的PHA含量大幅提升，最高值达到2.46g/L，与传统的分批模式相比，这一数值增长了惊人的143.6%。同时，其PHA单体比例的调整也取得了显著成果，最高单体比例达到了91.4%，显示了极高的纯度。
更为值得一提的是，当使用真实的木质素水解产物作为原料时，这株工程化菌株不仅表现出了顽强的生长能力，而且能够以高达85%的均匀性生产出0.93g/L的PHA。
综上所述，通过基因编辑、前体选择和发酵条件优化等多维度的策略，本研究为高效生产高均质性的PHA开辟了新的途径。这种创新的生产策略具有重要的实际应用价值，为未来高级应用领域提供了具有特定性能的定制化PHA材料。