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有一種細菌能將塑料當美味吃掉
2018-5-8 13:51:00
今天我們隨手一扔的塑料瓶,，即使數(shù)百年之后仍會屹立于大地之上,。不斷堆積的塑料已然造成極其嚴重的污染問題，對生態(tài)造成的破壞觸目驚心,，比如海洋中的許多生物正因它們的存在而面臨死亡威脅,。
近年來,，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了能真正以塑料為食的菌株，通過運用蛋白質(zhì)工程和蛋白質(zhì)進化等方式,，不斷對這些菌株進行改進以提高它們的運作效率,。
塑料是一種復(fù)雜且不溶于水的聚合物，有著很長的重復(fù)的分子鏈,。這些長分子鏈的強度使塑料成為一種十分耐用的材料,，需要很長的時間才能被自然降解,。如果可以將它們分解成更小的可溶性化學(xué)單元，那么就可以通過收集和回收這些基礎(chǔ)單元在閉環(huán)系統(tǒng)中形成新的塑料,。
2016年,，日本科學(xué)家測試了來自塑料瓶回收廠的不同細菌，發(fā)現(xiàn)Ideonella sakaiensis 201-F6可以消化用于制造一次性飲料瓶的塑料——PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯),。這種細菌能分泌一種被稱為PETase的酶,，而這種酶能斷開PET中的特定化學(xué)鍵(酯類)，留下的那些較小的分子會被細菌吸收,，并將分子中的碳作為食物來源,。
盡管我們也知道之前還有其他的細菌酶也可以緩慢地消化PET，但新的酶顯然似乎是專門為這項工作而生的,。它能更快更有效地對塑料進行分解,，具有用于生物循環(huán)的潛能。
因此,，好幾個研究團隊一直試圖通過研究PETase的結(jié)構(gòu)來了解它的工作原理,。在過去一年中，來自中國,、韓國,、英國，美國和巴西的團隊都發(fā)表了高分辨率下酶的結(jié)構(gòu)及相關(guān)機制分析的論文,。這些論文顯示,，執(zhí)行化學(xué)消化的那部分PETase蛋白會與PET的表面結(jié)合，并在30℃時運作,，使其能在生物反應(yīng)器中回收利用,。盡管如此，在生物反應(yīng)器中使用細菌酶對塑料進行分解再回收利用的想法,，仍是一件知易行難的事,。塑料的物理特性讓它們并不容易與酶發(fā)生相互作用。
用于制作飲料瓶的PET具有一種半結(jié)晶結(jié)構(gòu),，因此塑料分子非常緊密地堆積在一起,，讓酶難以接觸。最新的研究表明,，改進過的酶很可能具有非常強的功效,，因為參與反應(yīng)的那部分分子具有很強的接觸能力，能夠直擊即便是被遮蔽起來的PET分子,。
想要通過人為方式改造酶以讓其具有高于自然狀態(tài)時所具有的工作效率,，其實是件不太尋常的事?；蛟S這一研究成果反映的一個事實——為了生存,，細菌在最近進化出了用PETase對付人造塑料的本領(lǐng),。或許科學(xué)家可以通過工程優(yōu)化PETase的形式來超越自然進化,。但這也存在一個令人擔心的問題：雖然生物反應(yīng)器中使用的任何改良過的細菌都可能受到高度控制,，但它進化成可以降解和消耗塑料的這一能力或許意味著——我們?nèi)绱艘蕾嚨乃芰匣蛟S并沒有我們想象中的那么耐用,。
如果自然界存在更多的可以吃塑料的細菌,，那么那些原本設(shè)計來保持多年的塑料產(chǎn)品或建筑結(jié)構(gòu)就將受到威脅。到那時,，為了防止塑料產(chǎn)品被饑餓的微生物污染,，塑料行業(yè)將面臨嚴峻挑戰(zhàn)。

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