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行业新闻

细菌与塑料之间的奇妙互动:科学家探索塑料降解新途径

作者:新浪新闻-科普中国点击:65 发布时间:2024-01-18


从塑料袋到塑料玩具,塑料的用途广泛且成本低廉,帮助建立了现代社会。我们使用的塑料制品数量惊人,但它们也很难分解,最终会以垃圾的形式进入土壤生态系统和海洋生态系统,有的塑料垃圾还会被碎片化,进入全球大气循环。塑料污染是一个日益加剧的全球危机,对环境、野生生物和人类健康造成深远的负面作用。

尽管塑料对大多数生物体有毒,但它却是某些类型细菌和真菌的食物。这些细菌和真菌存在于土壤、海洋中,它们利用专门的酶来分解不同类型的塑料。以塑料制品中常见的PET(聚对苯二甲酸乙二醇醋)为例,PET是一种热塑性塑料,具有良好的透明度、韧性和耐高温性能,这使得它成为包装行业中最常见的材料之一。

PET的降解产物有两种——对苯二甲酸和乙二醇,这两种单体性质不同。而土壤和水体中都有两种恶臭假单胞菌菌株,其中一种菌株恰恰就特别喜欢吃对苯二甲酸,另一种则特别喜欢吃乙二醇,当它俩在一起时,它们也只吃掉各自喜欢的成分,却不会去影响对方的饮食习惯。不幸的是,它们胃口很刁,只喜欢吃已经被紫外线或化学物质损坏的PET,对于完整的PET不屑一顾;而且它们的进食效率也很低,需要数周乃至数月的时间才能完成这一工作,而且只能处理少量PET。

美国麻省理工学院的詹姆斯·杰伊·柯林斯(James J. Collins)教授和美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的卢婷(Ting Lu)教授,用基因工程修改了这两种恶臭假单胞菌菌株的遗传物质,通过插入或删除某些基因片段,加快它们咀嚼塑料的能力,或者添加某种酶,让被它们分解的PET转化为可生物降解的有用的材料。

他们发现,被基因工程改造过的两种恶臭假单胞菌菌株联合起来工作后,它俩处理PET的效率比单一菌株单独处理时,工作效率提高了。不仅如此,它俩还能将塑料垃圾变废为宝,转化后生成的材料可用于绝缘体、泡沫、涂料、粘合剂、尼龙的生产。这样,将细菌进行基因工程的改造,可以正面解决塑料垃圾泛滥的难题。相关研究成果以《塑料升级再造的工程微生物分工(Engineering microbial division of labor for plastic upcycling)》为题近日发表在《自然—通讯》上。

其实,将塑料垃圾变废为宝的想法并不新鲜,在过去,科学家有过许多尝试,而改造环境中的微生物则提供了一条新的、更清洁、更有效的途径。与此同时,本研究涉及的概念和策略也可应用于处理其他类型的塑料垃圾上,帮助我们避免将地球变成塑料制品的垃圾场。

参考文献

[1]https://doi.org/10.1038/s41467-023-40777-x


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