日本長岡技術科學大學與森林綜合研究所、東京科學大學等組成的研究團隊開發出新型木質素分解菌「MK-8」,可利用低價格的葡萄糖作為培養能量來源,將木質資源中的木質素轉換為高附加價值的生質樹脂原料。其中,可從含木質素的紙漿製造廢液(黑液)高效率生產2-吡喃酮-4,6-二羧酸(2-Pyrone-4, 6-Dicarboxylic Acid; PDC),PDC為生物可分解塑膠與機能性生質塑膠的前驅物,可望成為生物製造與木質素高值化利用的基礎技術。
MK-8以約40年前自製紙廠廢水處理槽分離的木質素分解菌SYK-6為基礎,透過代謝途徑重構,導入其他細菌的葡萄糖運輸系統,並重新設計木質素分解與蛋胺酸(Methionine)生合成途徑,俾使菌株在維持廣泛分解木質素芳香族化合物能力的同時,可利用葡萄糖高效率增殖,不再仰賴昂貴且過量時會抑制芳香族化合物分解的蛋胺酸,降低大量培養與產業化成本。
研究團隊以杉木來源的製紙廢液(黑液)進行驗證,結果顯示,以黑液中每公升含有 2.71克已鑑定芳香族化合物為基準,PDC的轉換產率達131%。產收率超過100%,表示黑液中部分尚未鑑定的木質素衍生化合物也被轉換為PDC。此外,在導入的葡萄糖代謝途徑中,研究發現原本被認為不可或缺的酵素,其功能可以由其他酵素替代,顯示該細菌具有比預期更具彈性的代謝系統。研究團隊將進一步推動培養製程最佳化並擴大規模,持續改良MK-8菌株,且將拓展至PDC以外的高價值化學品生產。