Page 51 - 《橡塑技术与装备》2025年1月

综述与专论
SPECIAL AND COMPREHENSIVE REVIEW

合生物降解机制，设计出了一系列具有特定结构和性 这些反应器可以更有效地控制反应条件，促进微生物
能的生物降解塑料材料。 的生长和降解活动。
3.1 塑料降解酶合成生物学科学发展特征 3.2.5 环境应用开发
合成生物学视角下的生物降解研究不仅关注材料 开发生物降解技术，用于处理塑料废弃物，如城
的生物降解性能，还考虑其机械性能、热稳定性、成 市垃圾、海洋塑料污染等，改善环境质量。
本效益以及与传统塑料的兼容性。随着对生物降解塑 3.2.6 创建自我修复和保护
料性能要求的不断提高，合成生物学视角下的生物降 利用合成生物学技术，还可以创建能自我修复或
解研究正朝着多功能化、高性能化和环保化方向发展， 在不利环境下自我保护的酶，进一步提升其在实际应
以满足现代社会对可持续发展材料的需求。 用中的稳定性和持久性。这些基因工程改造和合成生
塑料降解酶在合成生物学中的开发是一个复杂但 物学策略不仅提高了生物酶在降解塑料过程中的效能，
充满前景的过程，开发主要集中在通过生物技术手段， 也为开发新型、高效、环境友好的生物降解材料提供
探索与其他技术的融合，如纳米技术、人工智能等， 了可能，对于促进循环经济和减少环境污染具有重要
以增强酶的性能，提高技术的综合优势，设计和改造 意义。
酶，使其能够高效地降解塑料，以应对塑料污染问题。 3.2.7 系统生物学开发应用
研究过程中，科学家们探索了不同类型的生物基 研究生物体内的代谢网络和调控机制，设计出能
单体如何通过聚合反应形成具有不同降解速率和最终 够高效合成目标产物的生物系统。这包括对代谢途径
产物的聚合物。此外，还涉及到对生物降解过程的深 的重构、添加或删除特定酶的步骤，以优化产物的生
入理解，包括微生物的作用、酶的催化机制以及环境 成。使用系统生物学工具，分析和预测生物系统的行
因素的影响。 为了提高生物降解塑料的实用性，研究 为，以指导酶的定制设计。创建数学或计算机模型来
者们还致力于优化生产过程，降低能耗和成本，同时 模拟生物系统的动态行为，帮助预测不同酶组合的效
增强材料的生物相容性，以便在医疗、农业等领域有 果，从而优化生物反应器的设计和操作。
更广泛的应用。 3.2.8 生物传感器和检测器的开发应用
3.2 塑料降解酶合成生物学科学发展策略 开发基于酶的生物传感器和检测器，用于快速、
3.2.1 结构生物学与分子动力学模拟 灵敏地检测特定环境污染物分子的存在，如疾病标。

利用 X 射线晶体学、核磁共振（NMR）和冷冻电 利用酶的高特异性来识别和放大信号，从而实现高敏
镜等技术，研究酶的三维结构和催化机制，通过分子 感度和选择性。
动力学模拟预测酶的动态行为，指导酶的开发和优化。 3.2.9 合成酶的创新
3.2.2 基因工程修改 通过生物化学、组合化学和合成化学的方法，设
利用基因工程技术，对发现的酶基因进行修改， 计并合成自然界不存在的酶。这些酶可能具有独特的
包括定点突变、同源重组、RNA 编辑等，以提高酶的 催化特性，如在极端条件下工作或非常规的催化反应。
活性、选择性、稳定性或适应特定环境条件。天津大 湖北大学生命科学学院的郭瑞庭教授团队发现，角质
学尤生萍教授团队发现并优化了 IsPETase 酶，能够高 酶可以高效降解聚己内酯（PBAT），这是一种常见的
效降解聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），为塑料废弃物 生物基聚合物。这一发现扩展了酶降解塑料的范围，
的生物降解提供了一种可能的解决方案。 并为生物基塑料的回收提供了新思路。
3.2.3 开发高效的生物制造方法 3.2.10 酶集成模型的构建
通过发酵工程或细胞工厂生产酶，降低成本，提 创建数学或计算机模型来模拟生物系统的动态行
高产量。 为，帮助预测不同酶组合的效果，从而优化生物反应
3.2.4 生物反应器优化 器的设计和操作。
优化生物反应器的操作条件，包括温度、pH 值、 3.2.11 重构代谢模型
底物浓度和氧分压等，以最大化酶的催化效率。开发 通过实验数据和理论分析，构建、优化和验证生
高效生物反应器，如固定化生物反应器、连续流动生 物体内代谢途径的数学模型。利用先验知识和实验数
物反应器等，以提高生物降解过程的效率和稳定性。 据，通过概率统计方法更新参数估计。利用模型预测

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