今年初，一项利用废弃塑料的突破性技术引发广泛关注。爱丁堡大学化学生物技术教授斯蒂芬·华莱士通过基因改造常见的大肠杆菌，使其能够分解塑料衍生物分子并转化为日常止痛药扑热息痛。这种杆状细菌通常存在于人类和动物肠道中，更常以致病菌身份为人所知。
华莱士教授选择大肠杆菌是因为其非致病菌株已被生物技术领域广泛应用。据其介绍，大肠杆菌是该领域的”主力军”，他的实验室还曾成功将其改造为能将塑料废物转化为香草风味、将下水道油脂污垢转化为香水的微生物。”若要验证生物技术的可行性，大肠杆菌是首选的实验载体。”
这种微生物的应用远不止于实验室。在工业领域，经过基因工程改造的大肠杆菌培养罐如同活体工厂，持续产出从糖尿病治疗关键药物胰岛素到燃料溶剂原料等多种产品。
为何大肠杆菌能成为生物技术的中流砥柱？普林斯顿大学分子生物学教授托马斯·西尔哈维指出，其优势源于作为模式生物的基础地位。这位研究该细菌50年的学者表示，1885年由德国儿科医生西奥多·埃舍里希首次分离出的大肠杆菌，因繁殖迅速、操作简便成为基础细菌学研究对象。
20世纪40年代的”意外发现”使其迎来重大转折：非致病性K-12菌株实验证实细菌不仅会分裂，还能通过”细菌性行为”实现基因重组。这一里程碑式发现使大肠杆菌成为遗传学与分子生物学研究的关键载体——不仅助力破译遗传密码，更在1970年代成为首个成功植入外源DNA的基因工程生物，为现代生物技术奠定基石。
它还解决了胰岛素生产的一个问题。此前用于治疗糖尿病的牛和猪胰岛素会在部分患者中引发过敏反应。但1978年，科学家利用大肠杆菌首次合成出人类胰岛素，这是一项重大突破。1997年，大肠杆菌成为首个完成全基因组测序的生物体之一，这使其更易于研究和改造。
加州大学圣迭戈分校从事工业应用微生物进化的亚当·费斯特教授指出，大肠杆菌因其诸多实用特性而备受青睐。除了积累丰富的遗传学知识和便捷的工程化工具外，这种细菌能在多种培养基上快速稳定地生长。它不像某些微生物那样”挑剔”，可轻松冷冻复苏，且具有卓越的外源DNA承载能力。”我接触的微生物越多，就越惊叹大肠杆菌的强健特性，”他表示。
生物技术公司Ginkgo Bioworks高级总监辛西娅·柯林斯协助企业工业化应用大肠杆菌。她指出，虽然当前大规模生产可选用的微生物种类较几十年前更为丰富（当时大肠杆菌往往是唯一选择），但根据产品特性，它仍常是”理想选择”（即使通过最精密的生物工程，大肠杆菌也无法生产所有物质）。”它的经济性极佳，可实现高产率，”她补充道，若细菌需要生产对细胞有毒性的物质，通常可通过工程化改造获得耐受性。
然而有人质疑，大肠杆菌的主导地位是否阻碍了我们寻找最优生物技术解决方案。密歇根大学微生物学家兼工程师保罗·詹森研究口腔细菌，他近期分析了其他细菌相较于大肠杆菌的研究缺失状况。其核心观点是：当我们不断深化大肠杆菌工程化以实现非凡功能时，自然界可能天然存在能更高效完成这些任务的微生物，却因未被探索而无法造福人类。他以垃圾填埋场的生物勘探为例，指出可能发现不仅能分解塑料还能处理各种废弃物的微生物。或许还存在能制造水泥或橡胶等超乎想象功能的细菌。他特别强调，仅口腔细菌的耐酸能力就远超大肠杆菌。”我们对大肠杆菌的研究过于深入，导致探索广度不足，”詹森总结道。
为增加选择范围，科研人员正在开发一些替代方案——其中包括作为大肠杆菌潜在竞争者开始受到关注的海洋弧菌（Vibrio natriegens，简称V. nat）。这种菌株早在1960年代就从美国佐治亚州的盐沼中分离出来，但一直被冷藏在培养库和冷冻柜中无人问津，直到2010年代中期其超快生长速率（比大肠杆菌快一倍）被确认可能带来重大工业优势。
康奈尔大学生物与环境工程学家巴兹·巴斯特ow指出，该菌株吸收外源DNA的效率也远高于大肠杆菌。正在参与开发该菌株的巴斯特ow形容其与大肠杆菌的能力差异犹如“从马车时代跃入汽车时代”。推动巴斯特ow研究V. nat的动力在于，他希望利用微生物应对重大可持续性挑战——从用二氧化碳和绿色电力生产航空燃料到开采稀土金属。“简而言之，大肠杆菌无法实现这些愿景，而海洋弧菌或许可以。”他表示。
今年他的实验室孵化了一家名为Forage Evolution的公司，致力于开发更便于研究人员在实验室中进行工程化操作的工具。
费斯特教授承认，V. nat确实具有诱人特性，但目前仍缺乏广泛应用的遗传工具，且尚未经历规模化验证。“大肠杆菌的地位难以撼动。”他评价道。
【本文精选自BBC，原文链接：https://www.bbc.com/news/articles/c4gvm1kjxxvo】