我們太需要這些細菌了!科學家發現能快速降解塑料的微生物

廢棄塑料目前還是一個令人頭疼的問題,隨著人們對塑料用品的消費越來越多,被廢棄的塑料也越來越多。這些塑料的降解時間非常長,短則幾十年,長則上千年,埋在地下會嚴重影響土地的可持續使用,排入海洋則會嚴重影響海洋生態環境。

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目前人們對付塑料垃圾的主要方法是規劃垃圾填埋場,將這些廢棄塑料埋在地下,但這只是“緩兵之計”,而且也是不得已而為之。全世界都在等待一種能有效將廢棄塑料降解為無毒無害的物質的方法。而最近,塑料問題好像迎來了一點曙光。

最近,來自德國的科學家在《微生物學前沿》(Frontiers in Microbiology)雜誌上報告說,他們已經鑑定出一種能夠降解聚氨酯的一些化學成分的細菌。

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德國萊比錫赫爾姆霍茲環境研究中心UFZ的資深科學家赫爾曼·J·海皮帕博士(Dr. Hermann J. Heipieper)說:“細菌可以將聚氨酯等化合物作為碳、氮和能量的唯一來源。”這一發現標誌著我們在處理難以回收的聚氨酯產品的問題上邁出了重要的一步。

根據2015年的數據統計,僅僅在歐洲,聚氨酯塑料產品的產量就高達350萬噸。聚氨酯廣泛應用於冰箱、建築、鞋類和傢俱,以及其他許多可以利用其輕質、絕緣和柔軟性能的應用領域。不幸的是,聚氨酯是很難進行能源密集型回收或破壞的,因為大多數的這類塑料是熱固性聚合物,在加熱的時候不會融化。這些垃圾最終大多被填埋,並且在漫長的歲月中源源不斷地釋放出一些有毒化學物質,其中一些是致癌物質。

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目前,利用細菌和真菌等微生物分解油基塑料是一個正在進行的研究領域。然而,很少有研究像目前的論文那樣涉及聚氨酯的生物降解。德國的研究小組成功地從一個富含易碎塑料廢料的地方分離出一種細菌——假單胞菌TDA1,它有望攻擊構成聚氨酯塑料的一些化學鍵,加速其降解。

研究人員進行了基因組分析,以確定工作中的降解途徑。他們對幫助微生物在塑料中代謝某些化合物以獲取能量的因素有了初步的發現。他們還進行了其他分析和實驗,以瞭解這種細菌的能力。這種特殊的菌株是一組細菌的一部分,這些細菌以對有毒有機化合物和其他形式的壓力的耐受性而聞名,這種特性也被稱為耐溶劑性,是極端微生物的一種形式。

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這項研究是歐盟一項名為P4SB的科學計劃的一部分,該計劃試圖找到有用的微生物,能夠將油基塑料生物轉化為完全可生物降解的塑料。顧名思義,這個項目的重點是一種叫做假單胞菌的細菌。

除了聚氨酯,包括赫爾姆霍茲環境研究中心UFZ在內的P4SB團隊也在測試微生物降解聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)塑料的功效,這種塑料目前被廣泛應用於塑料水瓶。

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海皮帕博士說,今後對假單胞菌TDA1的任何研究的第一步都將是確定編碼細胞外酶的基因,這些酶能夠分解聚酯基聚氨酯中的某些化合物。(細胞外酶,又稱外酶,是細胞外分泌的蛋白質,能引起生化反應。)然而,目前還沒有計劃利用合成生物學技術來製造這些酶或其他酶。例如,這可能涉及到將細菌基因轉化為微型工廠,從而將油基化合物轉化為可生物降解的化合物,用於環保型塑料。

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在科學家們實現技術和商業飛躍之前,他們還需要更多的“基礎知識”,收集更多關於這種細菌及與細胞外酶有關的基因的信息。這種細菌能夠快速降解的只是少數種類的塑料,還有很多種塑料的降解細菌沒被發現,在徹底解決塑料降解問題前,科學家們還有很多工作要做。因此,至少目前來說,加強對塑料製品的循環使用,注重垃圾分類,仍是我們必須要做的事情。


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