【转载】科学家找到了能“吃”塑料的细菌
科普 转载 自网络
塑料也许是最让人骄傲又令人纠结的发明之一。这些轻便、结实、造价低廉的东西给人类带来了极大的便利，却也制造了几乎同样大的麻烦。2010年，光是192个沿海国家和地区产生的塑料垃圾就多达2.75亿吨。大量难以降解的塑料垃圾，正在对环境和其他生物带来不可磨灭的影响。
得不到妥善处理的塑料垃圾正在造成日益严重的不良后果。图片来源：harleymarine.com
科学家们一直在思考人们能为解决白色污染做些什么。生物学家们把目光投向了能力强大“分解者”：微生物们能像分解枯枝败叶一样消灭塑料吗？最近，日本京都工艺纤维大学（Kyoto Institute of Technology）的科学家小田耕平（Kohei Oda）课题组发现了一种相当有潜质的微生物。他们的研究论文近日发表在最新一期的《科学》杂志上。
负责进行生物降解工作的主要群体是微生物，对它们来说，降解的主要目的是“填饱肚子”。种类繁多的微生物携带各式各样的酶类，帮助它们从其他生物不需要的东西中获得能量和营养。然而，白色污染却是一个例外。许多常见的塑料是烃类在相当严格的条件下聚合的产物，它们的化学结构对于自然界来说是个新鲜玩意儿。怎么“吃掉”它们，也是让微生物们很发愁的事。站在这个意义上说，你平时弃若敝屣的塑料袋，可是不折不扣的“科技结晶”。
要想找到可能“吃”塑料的细菌，不是一件容易的事。小田耕平的策略是：从塑料污染物密集的地区找找看。要知道，人饿急了可是什么都能吃。想在那些被白色污染占领的地带生存，微生物也得相应地演化出一套本事吧？为此，研究者从一个塑料瓶回收点收集了250份被聚对苯二甲酸乙二酯（PET，塑料瓶的主要成分）污染的样本，包括废水、土壤等等。然后，他们将这些样本与低密度PET薄膜混合在一起，试图筛选出能以PET为主要碳源的微生物。
之后，第46号培养瓶里，研究者满心期待的事情发生了。
第46号培养瓶里装着的并不是生命、宇宙以及任何事情的终极答案，但已足够让科学家们为之振奋。原图来源：wikimedia.org
在这个培养瓶中的PET薄膜上，一个微生物群落正在逐渐滋长。显微镜观察显示，这是一个由细菌、原生动物和酵母样细胞组成的“太岁”。随着进一步分离培养，他们得到了利用这块PET薄膜为群落输送影响的幕后功臣：Ideonella sakaiensis。这是一种革兰氏阴性的β-变形菌，具有降解PET薄膜的能力。它们附着的PET薄膜，在显微镜上出现大量的空洞。
左图为培养20天后的第46号样本；右图为培养第70天后被部分降解了的PET薄膜（右上角为完整时的PET薄膜状态；比例尺为0.5mm）。图片来源：参考文献
为什么它们能够分解PET薄膜？进一步的生化分析显示，当这些细菌黏附在塑料薄膜上的时候，它们能够分解一种被称为PET降解酶的蛋白质将PET降解，再将降解后的产物运入体内进一步“消化”，最终转化为乙二醇和对苯二甲酸——这两种结构相对简单的有机物，就是它们的营养来源了。而对于人类来说，乙二醇和对苯二甲酸是有用的工业原料，即使处理起来，也比处理让人头疼的塑料垃圾简单得多。
Ideonella sakaiensis是怎么“吃掉”PET薄膜的。粘附在PET薄膜上的Ideonella sakaiensis会分泌出PET降解酶（PETase）将这些大分子聚合物降解为MHET单体，这些化合物会被转运到细菌内部，并进一步分解为对苯二甲酸和乙二醇。图片来源：参考文献
尽管看起来，利用I. sakaiensis来降解PET似乎是很美好的事情。但情况可并没有那么简单。在小田耕平的实验中，I. sakaiensis完全降解一块小小的塑料薄膜需要六周的时间，这可算不上高效省时。对于科学家来说，这项研究最有价值的地方在于它告诉人们，自然界中酶类的演化速度可能比人类想象的要快。PET诞生至今不过短短70年，而自然界似乎早已有了应对之策。这些酶类究竟是怎样出现的？人们的活动对它们施加了多大影响？要回答这些问题，人们可能需要从PET降解酶的结构和机制入手。而另一方面，如果我们能够妥善利用Ideonella sakaiensis，并高效地处理和回收它们的产物，那么也许，在白色污染造成更严重的后果之前，我们手里又多了一张能打的牌。
（编辑：Calo）
参考文献： Shosuke Yoshida, et al. A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate). Science 2016: Vol. 351, Issue 6278, pp. 1196-1199 DOI: 10.1126/science.aad6359 Uwe T. Bornscheuer, Feeding on plastic. Science 2016: Vol. 351, Issue 6278, pp. 1154-1155 DOI: 10.1126/science.aaf2853 文章题图：参考文献
