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微生物队立大功:“超级蠕虫”变身“塑料食客”

2022年06月28日 15:22:36来源:仪器网作者:吴吴吴

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  【仪器网 能源环境】 1909年,美籍比利时化学家列奥·亨德里克·贝克兰合成了人类历史上第一种完全由人工合成的塑料——酚醛塑料。在此后的一百多年里,塑料成了上至航空航天,下至农业地矿的必备材料之一。
 
  从20世纪50年代以来,人类大约生产了83亿吨塑料制品,其中有60%被填埋、焚烧或直接倒江河湖海,只有10%左右的塑料得到回收利用。2022年6月,经合组织(OECD)发出警告称,如果不采取任何措施,2060年全世界的塑料产量将由2019年的4.6亿吨上升到12.31吨,塑料垃圾也将超两倍增长,由3.53亿吨增至10.14亿吨。
 
地球正面临严重的塑料污染
 
  聚苯乙烯(PS)是一种由苯乙烯聚合的无色透明的热塑性塑料,它具有电绝缘性能好、易着色、加工流动性好、刚性好及耐化学腐蚀性好等特点,被广泛用于制造各种消费品,是世界四大通用塑料之一。
 
  与此同时,PS塑料质量小、残余价值低、不容易循环再生等缺点也使得不能得到它的回收和利用。
 
  近日,澳大利亚昆士兰大学的研究人员在《微生物基因组学》(Microbial Genomics)上发表了一篇研究成果,称研究人员发现常见的大麦虫(Zophobas morio,又叫“超级蠕虫”)能够消化PS塑料,这得益于其肠道中的一种细菌酶,这种酶可能是大规模回收PS塑料的关键。
 
  实验中,研究人员采用给一组大麦虫喂食PS泡沫、一组喂食麸皮、一组禁食或只喂极少量食物的策略,进行的为期三周的实验。实验显示,进食PS塑料的大麦虫体重有所增加,这表明大麦虫能够通过所进食的PS塑料获得生存所需的能量。
 
  早在2015年,北京航空航天大学杨军研究组和美国斯坦福大学吴唯民高级研究员、深圳华大基因公司赵姣博士等,在《环境科学与技术》(Environmental Science and Technology)上发表了内容黄粉虫(面包虫)能够啮食降解ps,并同化为为虫体脂肪的论文。
 
  上文提到的研究与杨军等人的研究有着异曲同工之妙,同时,大麦虫的长度是黄粉虫的数倍,这也就意味着大麦虫是更为高效的“塑料食客”。
 
  在经过初步验证大麦虫能够依靠进食PS饲料存活后,研究人员利用元基因组学技术找到了几种能够降解聚苯乙烯和苯乙烯的编码酶,接下来他们将围绕着识别和人工设计出与PS塑料降解相关的酶展开。
 
  在思路上,小编猜测研究人员会按照计算机学习算法预测酶的突变的方式来对酶进行设计,因为之前已经有过相对成功的先例了。
 
  今年4月,美国德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员就利用计算机学习算法预测PET降解酶(PETase)的突变从而提高了其活性,设计出的FAST-PETase拥有在24小时内完全降解对苯二甲酸乙二醇酯(PET塑料)的能力,并且在技术层面实现了PET塑料的“回收闭环”。(点击查看相关新闻
 
  从PET塑料降解酶的设计,到PS塑料降解酶的有待挖掘,相信之后涌现出的酶会越来越多,生态环境的压力也会得到减轻。
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