編輯丨王多魚

排版丨水成文

自然界演化出了一套精妙但卻有限的化學反應，支撐著所有生物體的功能。相比之下，合成有機化學領域能夠實現自然界中未觀察到的反應性，將這些非生物反應整合到生物系統中，為利用可再生原料可持續合成許多工業化學品提供了一種優雅的解決方案。

生物相容性反應——即能夠與細胞代謝相銜接的非酶促化學轉化——是拓展活體系統合成能力的一種新興方法。利用現代有機化學中確立的合成策略，生物相容性反應可用于控制細胞功能、體內代謝物的多樣化以及獲取工業生物技術中難以處理的原料。這種方法補充了細胞中非生物催化作用的現有方法，包括定向進化、利用人工輔因子或非天然氨基酸創建非天然活性位點，以及利用計算方法從頭設計酶。然而，在體內重組全新天然生物催化劑頗具挑戰性，這常常限制了它們僅能用于體外反應。在活細胞中，尤其是細胞代謝的背景下，將非天然化學物質整合到代謝過程中，仍是化學生物技術領域的一大挑戰。

塑料廢棄物是一個日益嚴重的問題，以可持續的方式升級改造塑料仍是當前的首要任務。然而，能否利用生物相容性反應將塑料升級改造成有用產物，目前仍不明確。

2025 年 6 月 23 日，愛丁堡大學的研究人員在 Nature 子刊Nature Chemistry上發表了題為：A biocompatible Lossen rearrangement in

Escherichia coli

該研究首次利用大腸桿菌將從廢塑料瓶中獲取的分子轉化為退燒止痛藥物撲熱息痛（ 對乙酰氨基酚 ），從而提出了一種 將塑料廢棄物以可持續的方式升級改造成有價值產物的潛在策略。

在這項最新研究中，研究團隊報告了一種由大腸桿菌中的磷酸鹽催化的生物相容性洛森重排反應，該反應能在活細胞中將活化的酰基羥肟酸轉化為含伯胺的代謝物。通過營養缺陷型拯救實驗，我們展示了這種自然界中前所未有的反應如何通過生成必需代謝物對氨基苯甲酸來控制微生物的生長和化學過程。洛森重排反應的底物還可以從聚對苯二甲酸乙二醇酯合成，并應用于全細胞生物催化反應和發酵，生成工業小分子（包括藥物對乙酰氨基酚），為在天然和工程生物系統中生物修復和升級回收塑料廢物開辟了一條通用策略。

在這項最新研究中，研究團隊報道了一種生物相容性洛森重排反應，該反應由大腸桿菌中的磷酸鹽催化，可在活細胞中將活化的酰基羥肟酸轉化為對細胞代謝至關重要的含伯胺的代謝物。

研究團隊利用化學方法降解了一個聚對苯二甲酸乙二酯（PET）塑料瓶，得到了上述化學反應的起始分子，并證明了細胞代謝之后能修復這種來自塑料瓶的分子。他們還發現，這個源于塑料的分子能作為在大腸桿菌中產生對氨基苯甲酸（PABA），而 PABA 可作為合成退燒止痛藥物撲熱息痛（對乙酰氨基酚）的起始原料。

傳統上，合成化學和生物化學被視為兩個獨立的領域。而這項研究表明，生物相容性洛森重排反應使工程微生物能夠在溫和、細胞友好的條件下將塑料廢棄物轉化為有價值的工業化合物（包括撲熱息痛）。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41557-025-01845-5