近日，Metabolic Engineering發表了一項由微構工場與清華大學、工業生物催化教育部重點實驗室、諾維信聯合攻關有關餐廚廢棄物資源化利用方面的研究進展。研究顯示，通過對嗜鹽菌的改造，已成功構建出一種微生物基因表達共同體，可以讓嗜鹽菌在質量不穩定、不可滅菌的餐廚廢棄物水解物中生長，從而生產出PHB（PHA的一種），證明了用餐廚廢棄物作為碳源替代部分葡萄糖(作為發酵底物或飼料) 生產生物降解材料的可行性。

據聯合國糧食及農業組織數據顯示，每年全球食物浪費量約為16億噸，造成2.6 萬億美元的損失，其中包括約 7000 億美元的環境成本，食物廢棄物產生約33億噸的碳排放量。如何對大量餐廚廢棄物進行安全高效處理，實現環境效益、經濟效益和社會效益最大化的資源化利用，是一個重要的課題。

目前，餐廚廢棄物的處理方式主要依靠填埋與焚燒，少數利用厭氧消化、堆肥處理等技術來實現資源化利用。在雙碳與循環經濟的背景下，這些處理方式在碳排放和利用率等方面仍存在很大不足。

餐廚廢棄物廢棄物富含碳源，如果能用來替代葡萄糖和其他營養物質，將其轉化為生產PHA等高附加值產品的資源，將不失為一種更優的解決方案。不僅可以降低生產成本，推動生物基材料產業發展，對于推進循環經濟、構建綠色循環低碳的創新發展生態也有著積極的意義。

但是餐廚廢棄物成分復雜，如果經過高溫滅菌處理會發生美拉德反應，產生毒性影響細菌生長。微構工場的底盤細胞為嗜鹽菌，基于下一代工業生物技術的嗜鹽菌允許開放、無滅菌發酵，具有在餐廚廢棄物水解物中生長的條件。然而研究團隊又面臨著另一個問題：餐廚廢棄物水解物營養豐富，有利于細菌生長，卻不利于PHB生產。

原因在于，細菌菌落會有參差不齊的基因表達情況，使得產物合成途徑的基因表達水平產生巨大差異，微生物對目的產物的積累情況也就存在巨大差異；而巨大的群體差異性不利于獲取最大產量的生物制品。

為此，研究團隊開發了一種在環境不穩定和菌群差異情況下能夠穩定表達產物合成途徑中編碼基因的方法，利用細菌必須表達ompW基因才能生存的特點，在其后面插入phaC基因、phaA基因、phaB基因，從而迫使細菌在轉錄ompW基因的同時實現phaCAB的高強度穩定表達，將PHB合成和細菌存活聯系起來，由此構建了PHB的“共同體菌株”。

通過構建微生物基因表達共同體，成功地實現了使用餐廚廢棄物水解物作為底物來生產PHB，稱為H.bluephagenesis WZY278。利用ompW啟動子共同轉錄ompW和phaCABcn實現了PHB合成途徑的可靠表達，降低了修飾菌株對氮濃度和底物質量不穩定的敏感性，使H.bluephagenesis WZY278在營養豐富的環境中生長的PHB得到高積累。

為了進一步改善H.bhuephagenesis WZY278在餐廚水解物中的生長和PHB的積累，研究人員需要繼續對WZY278菌株的生長條件進行優化。為避免餐廚水解物的不穩定成分造成的影響，研究人員首先在一個穩定的MM培養基中測試了不同的鹽濃度、pH值和調節細胞內氧化還原狀態。

研究發現，MM30培養基更適合H.bluephagenesis WZY278的生長和PHB的積累，低鹽培養基中額外的尿素可以進一步增加細胞干重。從MM培養基結果推斷，適當降低鹽濃度和接近中性的pH值可能會進一步增加H.bluephagenesis WZY278的細胞干重和PHB的積累。通過反復的試驗調整，最終結果表明，在細胞生長過程中，當pH值為7時，由phaC、phaA和phaB編碼的PHB合成酶具有最佳活性，因此更有利于PHB的合成。

通過上述試驗不斷優化額外的鹽濃度、pH值和濃縮過程，進一步提高了H.bluephagenesis WZY278在餐廚廢物中的生產性能，使餐廚廢棄物得到更好的利用。

研究人員表示，除餐廚廢棄物，基于下一代工業生物技術體系的新一代嗜鹽菌還可以利用不少廢棄碳源進行生產，例如秸稈水解物、廢甘油、糖蜜、乙酸等。