[發明專利]細胞生物合成聚D-乳酸和聚L-乳酸的方法

在審

• 申請號: 201980051877.4
• 申請日: 2019-07-31
• 公開（公告）號: CN112601809A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: D·波羅;P·布蘭多爾迪;S·貝爾塔奇;N·M·貝特拉姆
• 申請（專利權）人: 米蘭-比科卡大學;加拉蒂亞生物技術有限公司
• 主分類號: C12N1/18
• 分類號: C12N1/18;C12N9/04;C12N9/10;C12P7/62
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 史文靜;黃革生

本發明涉及通過發酵產生聚D?乳酸(PDLA)和聚L?乳酸(PLLA)。具體地，本發明提供用于直接合成PLLA聚合物的工程化(原核或真核)細胞和用于直接合成PDLA聚合物的工程化真核細胞，所述直接合成始于碳源，包括不同生產鏈的殘余生物質。

本發明涉及通過直接發酵由工程化原核或真核細胞從碳源產生聚L-乳酸(PLLA)或由工程化真核細胞從糖產生聚D-乳酸(PDLA)的方法。本發明還涉及使代謝流重定向以從碳源開始合成對映異構純聚合物(如PDLA或PLLA)的細胞，所述碳源優選地衍生自生產鏈的殘余生物質。

現有技術

聚乳酸(PLA)是衍生自乳酸的可生物降解生物聚合物。歸因于其化學-物理特性，它是不分枝脂族聚酯，屬于熱塑性聚合物類別。因為其特征，PLA十分類似于聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，一種主要用于食品包裝的常見塑料。PET具有石油化學起源，而PLA從聚合乳酸獲得，后者轉而通過發酵獲得(Jamshidian等人,2010；Tsuji等人,2011)。避免基于使用油(一種因人類快速消費正在耗盡的化石資源)的方法而有利于生物基系統的需要正驅動數家公司使用生物塑料。

許多領域中存在PLA的數種應用，如：食品領域(包裝、盤子、餐具、眼鏡、瓶，連同其他等)、3D打印，其中它可以替代丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)，和醫學領域(例如生物相容縫線、藥物輸送用膠囊，連同其他等)(Garlotta,2001；Rasal等人,2010；Xiao等人,2012)。PLA的多用性允許在擠出中和注塑中打印成品，并且顯而易見，可以使用已經為PET開發的機器和基礎設施(Jamshidian等人,2010)。

PLA可以用母料染色并且與其他塑料(可生物降解或不可生物降解、石油化學起源或非石油化學起源)混合，以獲得有性能的復合物。此外，可以得到共聚物形式的PLA，其中乳酸單體與其他羥酸如3-羥丁酸酯(3HB)或羥乙酸酯交替存在(Choi等人,2016；Xiao等人,2012；Tsuji等人,2010)。

PLA，不同于傳統塑料如PET，在環境中可生物降解并且是可生物分解的，即有機廢棄物當中的一次性廢棄物。因此，PLA目標產品，一旦其生命周期已經結束，則由土壤重吸收，有利于形成可以進一步用于產生PLA的新的生物質(Tsuji等人,2011；Chen和Patel,2012)。因此，PLA具有環狀供應鏈，原因在于其源自可再生生物質和其固有的生物可降解性。

全球PLA市場(2017年約21萬噸/年)穩定增長并且與2017的記錄相比，預計截止2022，生產增加50％(www.european-bioplastics.org/market/)。取決于組分單體的對映異構形式，存在三種PLA：僅由L-乳酸單體組成的PLLA、僅由D-乳酸單體組成的PDLA和由兩種單體的混合物組成的PDLLA(Jamshidian等人,2010；Tsuji等人,2011)。PDLA和PLLA處于半結晶性形式，而PDLLA處于非晶態形式(Tsuji等人,2011)。構成PLA的單體的手性轉移給聚合物本身(這里是PDLA或PLLA)，后者獲得精確手性。這以固體形式導致毗鄰的第一鏈之間的不同相互作用并導致兩種單一對映異構體特有的可能層狀或晶體結構，所述結構可以至少部分地保留手性。特別地，甚至以薄膜形式，PDLA或PLLA可以呈現特定對映異構體特有的表面形態和至少局部手性(Maillard和Prud’homme,2010)，顯示圓二色性現象。

但是，考慮到化學-物理特征，這些聚合物彼此十分相似，例如它們可溶于同一有機溶劑(例如苯、氯仿、乙腈等)中。另外，在主要取決于聚合物分子量的熔融溫度(Tm約180℃)、分解溫度(約200℃)和伸長率(20-30％)方面不存在顯著差異(Xiao等人,2012)。從商業觀點看，市場為PLLA統治，其主要用于生產一次性物品。相反，PDLA在醫學領域具有更合乎生境的市場和應用，因為它例如可以對傷口愈合具有兩種有益作用：(i)作為水凝膠，提供保護性屏障；和(ii)通過阻隔乳酸鹽充當鎮痛藥(Goldberg,2014)。