日前，中科院海洋所首次發(fā)現(xiàn)能有效降解塑料垃圾的海洋微生物菌群和酶，兩周時間可以將PE降解為碎片。
4月25日，國際學(xué)術(shù)期刊Journal of Hazardous Materials （《危險材料》）報道了中國科學(xué)院海洋研究所孫超岷團隊最新研究成果，首次發(fā)現(xiàn)能有效降解聚乙烯對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。
微生物與塑料長期共處被馴化
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）、聚乙烯對苯二甲酸酯（PET）、聚苯乙烯（PS）和聚氯乙烯（PVC）等。據(jù)報道，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。
其大量塑料垃圾被排放進海洋。而傳統(tǒng)塑料在自然中難以發(fā)生降解，徹底消失可能需要上百年的時間，給環(huán)境帶來了巨大污染。
但實驗發(fā)現(xiàn)，微生物經(jīng)過與塑料及類似物的長期共存，逐漸演化出一些類群能有效降解塑料垃圾。孫超岷團隊自2016年開始從青島近海采集了上千份塑料垃圾，經(jīng)過大量篩選發(fā)現(xiàn)一個塑料垃圾上附著了一個菌群，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能力，推測應(yīng)該是通過降解塑料獲得額外的能量來源。
海洋微生物菌群能有效定殖并降解PET和PE 塑料
定向分離得到特殊菌群
通過對菌群組成種類和豐度進行定量分析，發(fā)現(xiàn)有5類細菌為優(yōu)勢種群，結(jié)合培養(yǎng)技術(shù)成功獲得上述5類細菌的純培養(yǎng)菌株，其中3株具有明顯降解塑料的能力。
將該3株細菌按照一定比例進行復(fù)配，成功獲得一個能穩(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，兩周時間可以將PE降解為碎片。
基于菌群純培養(yǎng)的3個細菌能單獨降解PET和PE塑料
通過體外表達技術(shù)獲得能夠降解PE塑料的酶
研究人員進而結(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程，進而篩查到多個可能參與降解PET和PE塑料的候選酶類，最終結(jié)合體外表達技術(shù)獲得多個在24小時內(nèi)能明顯降解PE塑料的酶。
復(fù)配菌群降解PET和PE塑料過程及PE降解酶的功能驗證
早在之前，也有科學(xué)家宣稱自己創(chuàng)造了可在一年范圍內(nèi)降解的PE塑料，不過該塑料需要在制造過程中加入其它物質(zhì)。而本次研究，塑料即為普通塑料，降解塑料的菌群來自自然發(fā)現(xiàn)。
PE塑料目前在國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降解機制及發(fā)展PE降解生物制品奠定了堅實基礎(chǔ)。目前，該研究成果已成功申請國家發(fā)明專利。
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