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2024-03-01細菌的體重計 「細胞質譜儀」檢測基因轉殖細菌的塑膠產量 651 期

Author 作者 彭文平/東華大學物理系教授;蘇伯琦/慈濟大學醫學檢驗生物技術學系教授

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•「聚羥基烷酸酯」(PHA)是一種具有生物相容性、可再生性、耐熱性等優點的塑膠,可應用於醫療、農業等領域。
•大腸桿菌易培養、生長快速。將產生PHA的基因嵌入大腸桿菌的基因體,可使它合成並在細胞中累積PHA。
•筆者團隊的細胞質譜儀能量測細菌的質荷比與帶電荷,算出大腸桿菌的質量並推算PHA含量。

 
日常生活中有許多用品以塑膠為材料,例如衣服、包材、家具等。但塑膠廢棄物不易完全分解,且會裂解形成塑膠微粒。大小約5毫米(mm)至1微米(μm)的塑膠微粒或小於1μm的奈米(nm)級塑膠,散布在淡水中並經由各種路徑進入動物和人類體內。當動物和人類攝取到這些微小的塑膠顆粒,將會對健康狀況造成不同程度的危害。
 
這些塑膠廢棄物該如何處理?若使用焚燒的方式,產生的二氧化碳將會加劇地球暖化,且在焚燒過程也會產生有毒的塑膠微粒,造成二次危害。為了減少依賴由化石燃料所生產的塑膠,科學家積極開發生物生產且可被生物分解的塑膠。生物可分解塑膠因具有可循環利用的環保特色,適合用於永續經營並解決全球環境和廢棄物管理問題,是近來備受關注的發展方向。
 
聚羥基烷酸酯(polyhydroxyalkanoate, PHA)是一種具生物相容性、生物可分解的塑膠原料,它能在微生物體內以顆粒的形式生產和累積,因此目前已被應用於各種工業領域。在醫療領域中,PHA可製作為生物降解的手術釘材、生物可吸收縫合材料、傷口/燒傷敷料等;在農業領域,PHA則能作為地膜、農網、生長袋的組成部分。

 

(Pulingam, T., et al, 2022.)

 

如何以大腸桿菌生產PHA?

PHA主要以微生物發酵糖類後聚合而成,目前已知能夠產生PHA的菌株超過300種,包括革蘭氏陰性(gram-negative bacteria)和革蘭氏陽性細菌(gram-positive bacteria)、古細菌(Archaea),以及酵母菌(yeast)等。大腸桿菌(Escherichia coli)是一種普遍存在於人類或動物的腸道、土壤、水質中的細菌,雖然本身無法合成PHA,卻具有容易培養與生長快速的優點,因此被選為大量生產PHA的菌種之一。……【更多內容請閱讀科學月刊第651期】