4月25日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Journal of Hazardous Materials （《危險(xiǎn)材料》）報(bào)道了中國(guó)科學(xué)院海洋研究所孫超岷團(tuán)隊(duì)最新研究成果，首次發(fā)現(xiàn)能有效降解聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯和聚乙烯兩種塑料的海洋微生物菌群和酶，為獲得塑料降解微生物和功能酶、發(fā)展降解塑料垃圾生物制品提供了重要理論依據(jù)和候選材料，并有望突破難降解塑料聚乙烯的降解瓶頸。
塑料是一類高分子聚合物的統(tǒng)稱，包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯（PET）、聚苯乙烯（PS）和聚氯乙烯（PVC）等。據(jù)報(bào)道，到2015年，人類總共生產(chǎn)了83億噸塑料，其中63億噸被廢棄成為垃圾。由于廢舊塑料種類繁多、回收降解反應(yīng)復(fù)雜，塑料垃圾中只有9%被回收，12%被焚燒，79%被填埋或者遺棄在自然環(huán)境中。按照目前的趨勢(shì)，至2050年垃圾填埋場(chǎng)和自然環(huán)境中將有120億噸塑料垃圾，其形成的“白色污染”給全球帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞。因此開(kāi)展塑料降解體系研究、加快塑料污染物治理技術(shù)研發(fā)迫在眉睫。
微生物經(jīng)過(guò)與塑料及類似物的長(zhǎng)期共存，逐漸演化出一些類群能有效降解塑料垃圾，是發(fā)展降解塑料垃圾生物制品的絕佳材料。孫超岷團(tuán)隊(duì)自2016年開(kāi)始從青島近海采集了上千份塑料垃圾，經(jīng)過(guò)大量篩選發(fā)現(xiàn)一個(gè)塑料垃圾上附著了一個(gè)菌群，在塑料（PET和PE）表面具有很明顯的定殖和降解能力。該菌群在含有塑料垃圾的培養(yǎng)基中能維持良好的生長(zhǎng)能力，推測(cè)應(yīng)該是通過(guò)降解塑料獲得額外的能量來(lái)源。通過(guò)對(duì)菌群組成種類和豐度進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)有5類細(xì)菌為優(yōu)勢(shì)種群，結(jié)合培養(yǎng)技術(shù)成功獲得上述5類細(xì)菌的純培養(yǎng)菌株，其中3株具有明顯降解塑料的能力。將該3株細(xì)菌按照一定比例進(jìn)行復(fù)配，成功獲得一個(gè)能穩(wěn)定共存并具有顯著降解PET和PE塑料垃圾的菌群，該菌群尤其喜好降解PE塑料，兩周時(shí)間可以將PE降解為碎片。
研究人員進(jìn)而結(jié)合紅外光譜、凝膠滲透色譜、X射線衍射、高效液相色譜及質(zhì)譜等手段多方位證實(shí)了上述菌群能有效降解PET和PE塑料，利用宏轉(zhuǎn)錄組技術(shù)解析了該菌群在塑料表面通過(guò)形成生物膜定殖并分泌酶類降解利用塑料作為能量源的過(guò)程，進(jìn)而篩查到多個(gè)可能參與降解PET和PE塑料的候選酶類，最終結(jié)合體外表達(dá)技術(shù)獲得多個(gè)在24小時(shí)內(nèi)能明顯降解PE塑料的酶。因?yàn)镻E塑料目前在國(guó)際上極為缺乏能有效降解的微生物和酶類，該研究成果為下一步研究PE降解機(jī)制及發(fā)展PE降解生物制品奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。目前，該研究成果已成功申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利。
記者 李倚慰
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