【轉(zhuǎn)載】科學(xué)家找到了能“吃”塑料的細(xì)菌
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塑料也許是最讓人驕傲又令人糾結(jié)的發(fā)明之一。這些輕便、結(jié)實(shí)、造價(jià)低廉的東西給人類帶來了極大的便利，卻也制造了幾乎同樣大的麻煩。2010年，光是192個(gè)沿海國(guó)家和地區(qū)產(chǎn)生的塑料垃圾就多達(dá)2.75億噸。大量難以降解的塑料垃圾，正在對(duì)環(huán)境和其他生物帶來不可磨滅的影響。
得不到妥善處理的塑料垃圾正在造成日益嚴(yán)重的不良后果。圖片來源：harleymarine.com
科學(xué)家們一直在思考人們能為解決白色污染做些什么。生物學(xué)家們把目光投向了能力強(qiáng)大“分解者”：微生物們能像分解枯枝敗葉一樣消滅塑料嗎？最近，日本京都工藝?yán)w維大學(xué)（Kyoto Institute of Technology）的科學(xué)家小田耕平（Kohei Oda）課題組發(fā)現(xiàn)了一種相當(dāng)有潛質(zhì)的微生物。他們的研究論文近日發(fā)表在最新一期的《科學(xué)》雜志上。
負(fù)責(zé)進(jìn)行生物降解工作的主要群體是微生物，對(duì)它們來說，降解的主要目的是“填飽肚子”。種類繁多的微生物攜帶各式各樣的酶類，幫助它們從其他生物不需要的東西中獲得能量和營(yíng)養(yǎng)。然而，白色污染卻是一個(gè)例外。許多常見的塑料是烴類在相當(dāng)嚴(yán)格的條件下聚合的產(chǎn)物，它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)對(duì)于自然界來說是個(gè)新鮮玩意兒。怎么“吃掉”它們，也是讓微生物們很發(fā)愁的事。站在這個(gè)意義上說，你平時(shí)棄若敝屣的塑料袋，可是不折不扣的“科技結(jié)晶”。
要想找到可能“吃”塑料的細(xì)菌，不是一件容易的事。小田耕平的策略是：從塑料污染物密集的地區(qū)找找看。要知道，人餓急了可是什么都能吃。想在那些被白色污染占領(lǐng)的地帶生存，微生物也得相應(yīng)地演化出一套本事吧？為此，研究者從一個(gè)塑料瓶回收點(diǎn)收集了250份被聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET，塑料瓶的主要成分）污染的樣本，包括廢水、土壤等等。然后，他們將這些樣本與低密度PET薄膜混合在一起，試圖篩選出能以PET為主要碳源的微生物。
之后，第46號(hào)培養(yǎng)瓶里，研究者滿心期待的事情發(fā)生了。
第46號(hào)培養(yǎng)瓶里裝著的并不是生命、宇宙以及任何事情的終極答案，但已足夠讓科學(xué)家們?yōu)橹駣^。原圖來源：wikimedia.org
在這個(gè)培養(yǎng)瓶中的PET薄膜上，一個(gè)微生物群落正在逐漸滋長(zhǎng)。顯微鏡觀察顯示，這是一個(gè)由細(xì)菌、原生動(dòng)物和酵母樣細(xì)胞組成的“太歲”。隨著進(jìn)一步分離培養(yǎng)，他們得到了利用這塊PET薄膜為群落輸送影響的幕后功臣：Ideonella sakaiensis。這是一種革蘭氏陰性的β-變形菌，具有降解PET薄膜的能力。它們附著的PET薄膜，在顯微鏡上出現(xiàn)大量的空洞。
左圖為培養(yǎng)20天后的第46號(hào)樣本；右圖為培養(yǎng)第70天后被部分降解了的PET薄膜（右上角為完整時(shí)的PET薄膜狀態(tài)；比例尺為0.5mm）。圖片來源：參考文獻(xiàn)
為什么它們能夠分解PET薄膜？進(jìn)一步的生化分析顯示，當(dāng)這些細(xì)菌黏附在塑料薄膜上的時(shí)候，它們能夠分解一種被稱為PET降解酶的蛋白質(zhì)將PET降解，再將降解后的產(chǎn)物運(yùn)入體內(nèi)進(jìn)一步“消化”，最終轉(zhuǎn)化為乙二醇和對(duì)苯二甲酸——這兩種結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的有機(jī)物，就是它們的營(yíng)養(yǎng)來源了。而對(duì)于人類來說，乙二醇和對(duì)苯二甲酸是有用的工業(yè)原料，即使處理起來，也比處理讓人頭疼的塑料垃圾簡(jiǎn)單得多。
Ideonella sakaiensis是怎么“吃掉”PET薄膜的。粘附在PET薄膜上的Ideonella sakaiensis會(huì)分泌出PET降解酶（PETase）將這些大分子聚合物降解為MHET單體，這些化合物會(huì)被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)菌內(nèi)部，并進(jìn)一步分解為對(duì)苯二甲酸和乙二醇。圖片來源：參考文獻(xiàn)
盡管看起來，利用I. sakaiensis來降解PET似乎是很美好的事情。但情況可并沒有那么簡(jiǎn)單。在小田耕平的實(shí)驗(yàn)中，I. sakaiensis完全降解一塊小小的塑料薄膜需要六周的時(shí)間，這可算不上高效省時(shí)。對(duì)于科學(xué)家來說，這項(xiàng)研究最有價(jià)值的地方在于它告訴人們，自然界中酶類的演化速度可能比人類想象的要快。PET誕生至今不過短短70年，而自然界似乎早已有了應(yīng)對(duì)之策。這些酶類究竟是怎樣出現(xiàn)的？人們的活動(dòng)對(duì)它們施加了多大影響？要回答這些問題，人們可能需要從PET降解酶的結(jié)構(gòu)和機(jī)制入手。而另一方面，如果我們能夠妥善利用Ideonella sakaiensis，并高效地處理和回收它們的產(chǎn)物，那么也許，在白色污染造成更嚴(yán)重的后果之前，我們手里又多了一張能打的牌。
（編輯：Calo）
參考文獻(xiàn)： 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 文章題圖：參考文獻(xiàn)
