微生物的大用处，科学家们正让细菌在塑料污染治理中大显身手

伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute，RPI）的研究人员开发出了一种细菌菌株，可以将塑料垃圾转化为具有多种用途的可生物降解的“蜘蛛丝”。他们发表在《微生物细胞工厂》（Microbial Cell Factories）上的这项新研究标志着科学家们首次利用细菌将聚乙烯塑料——许多一次性用品中使用的塑料——转化为高价值的蛋白质产品。

这种产品被研究人员称为 "生物启发蜘蛛丝（Bio-inspired spider silk）"，因为它与蜘蛛用来织网的丝很相似，可应用于纺织品、化妆品甚至医药领域。

化学与生物工程助理教授、RPI 项目负责人之一Helen Zha博士说："蜘蛛丝是大自然的凯夫拉纤维（Kevlar纤维，是美国杜邦公司研制的芳纶复合材料，出现于上世纪60年代）。它在拉力作用下的强度几乎与钢材相当。不过，它的密度比钢小六倍，所以重量很轻。作为一种生物塑料，它具有伸缩性、韧性、无毒性和可生物降解性。” 因此，这些特性使它成为未来可再生资源和避免持久性塑料污染的理想材料。

在被誉为“第三极”的青藏高原，塑料垃圾也随着游客的增多而不断累积。高原上的塑料瓶 

图源：美丽公约 ©绿会融媒

在塑料袋、水瓶和食品包装等产品中发现的聚乙烯塑料，是全球塑料污染的最大来源，需要长达 1000 年的时间才能自然降解。只有一小部分聚乙烯塑料被回收利用，因此研究中使用的细菌可以帮助 "循环利用 "剩余的一些废弃物。

RPI 团队面临的挑战，是对这种细菌进行工程改造，将聚乙烯的碳原子转化为基因编码的丝蛋白。令人惊讶的是，他们发现新开发的细菌可以制造丝蛋白，其产量可与生物制造中更常用的一些菌株相媲美。

使用细菌来转化塑料垃圾所运用到的基本生物过程，其实是一项人们几千年来一直在使用的技术。

从本质上讲，细菌是在发酵塑料。发酵被用来制作和保存各种食物，如奶酪、面包和葡萄酒，在生化工业中，它被用来制造抗生素、氨基酸和有机酸。

要让细菌发酵聚乙烯，首先要对塑料进行 "预消化"，就像人类需要把食物切成小块并咀嚼后才能使用一样，细菌也很难吃掉构成聚乙烯的长分子链或聚合物。

在这项研究中，Zha和 Koffas与阿贡国家实验室的研究人员合作，通过加压加热使塑料解聚，产生了一种柔软的蜡状物质。接下来，研究小组在烧瓶底部涂上一层塑料蜡，作为细菌培养的营养源。这与典型的发酵过程不同，后者使用糖作为养分来源。

图源：绿会融媒

另一个使用微生物来参与塑料垃圾治理的科学研究，是利用经过基因工程改造的微生物将塑料升级为有价值的产品。研究团队设计了两株经过基因工程改造的土壤细菌，恶臭假单胞菌（Pseudomonas putida）的菌株，用于升级最常见的塑料之一——聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），这两种菌是一个合成微生物共生体系，每株菌株分别处理了化学塑料分解产生的两种产物之一——对苯二甲酸和乙二醇。通过分工有效降解对环境有害的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）水解物，并随后产生期望的化学产物。但这一过程非常复杂且具有挑战性。

此项研究结果表明，通过工程改造微生物群落可能是促进聚合物升级和环境可持续性的一种有前景和有效的方式。他们也建议将这一基本概念和策略应用于处理其他类型的塑料。

绿会减塑捡塑工作组持续关注塑料污染问题，作为会议的观察员，多次向会议建言献策。

现绿会INC-4代表团开放少量名额，征集在加拿大的专家或青年代表加入代表团，前往渥太华实地参会。欢迎广大专家、学者和青年代表积极报名参加，勇于参与国际事务、积极发声。

报名截止日期：2024年2月16日

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国际部 罗老师 v89@cbcgdf.org，18910282583；

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文 | LYJ

审 | Daisy

排版 | 绿叶

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