研究背景：

合成有机化学中的许多反应在自然界中并不存在，但将这些非生物反应与生物系统结合，有望为可持续化学生产开辟新途径。然而，如何在活细胞中实现非天然化学反应并整合到代谢网络中仍是一大挑战。Lossen重排是一种经典的有机反应，可将羧酸衍生物转化为伯胺，但此前从未在活体微生物中实现。塑料废弃物对全球环境治理来说是一个日趋严重问题，寻找一个绿色、高效的手段来解决废弃塑料的处理问题是当前的首要任务。然而，能否利用生物相容性反应将塑料升级改造成有用产物，目前仍不明确，如何实现这一目的？仍然是科学家们思考的问题。2025 年 6 月 23 日，爱丁堡大学的研究人员在 Nature 子刊 Nature Chemistry 上发表了题为：A biocompatible Lossen rearrangement in Escherichia coli 的研究成果。该研究首次利用大肠杆菌将从废塑料瓶中获取的分子转化为退烧止痛药物扑热息痛（对乙酰氨基酚），从而提出了一种将塑料废弃物以可持续的方式升级改造成有价值产物的潜在策略。

研究方法与结果：

研究人员设计了一种基于磷酸盐催化的Lossen重排反应，利用大肠杆菌的代谢环境将活化的酰基异羟肟酸转化为伯胺类代谢物。通过构建PABA（对氨基苯甲酸）营养缺陷型菌株，他们证明该反应能够通过生成PABA挽救菌株生长（图2）。实验显示，反应在磷酸盐缓冲液中自发进行，无需额外催化剂，且细胞代谢活性可加速底物消耗。进一步地，团队从废弃PET塑料瓶合成反应底物，并成功将其整合到对乙酰氨基酚的生物合成路径中（图4）。通过优化工程菌株的酶表达比例，最终以92%的收率从PET衍生物获得对乙酰氨基酚，实现了塑料废弃物的高值转化。

图2

图4

研究总结：

这项研究不仅拓展了活细胞内的非酶催化化学工具箱，还展示了生物相容反应与代谢工程协同的潜力。通过将Lossen重排与微生物代谢结合，团队实现了从塑料废弃物到药物的绿色合成，为生物制造和废弃物升级提供了创新范例。未来，该策略或可推广至其他高附加值化学品的生产，推动可持续生物经济的发展。

参考文献：

Johnson, N.W., Valenzuela-Ortega, M., Thorpe, T.W. et al. A biocompatible Lossen rearrangement in Escherichia coli. Nat. Chem. (2025). https://doi.org/10.1038/s41557-025-01845-5