解決塑膠污染有希望,科學家發現可分解塑膠的耐寒微生物

作者 | 發布日期 2023 年 05 月 10 日 14:26 | 分類 環境科學 , 生態保育 line share follow us in feedly line share
解決塑膠污染有希望,科學家發現可分解塑膠的耐寒微生物


科學家已發現許多可以消化塑膠的微生物,可望利用這種酶,達到工業規模的應用,但是這種酶通常只能在 30°C 以下的溫度下運作,因此需要加熱過程,成本高昂且不符合實現碳中和解決方案的目標。科學家最近在阿爾卑斯山和極地找到耐寒微生物,它們的酶可以在較低溫度下工作,這可能是回收利用的寶貴工具。

近幾年科學家發現許多微生物產生的酶,能夠將塑膠聚合物分解成更小的分子,然後這些分子可以進一步降解或被其他微生物用做碳源,因具備解決塑膠污染危機的潛力而備受關注,如發現堺藻可以分解 PET、塔賓麴黴可以降解聚氨酯、可以分解聚氨酯的戀臭假單胞菌、亞馬遜雨林中發現的一種真菌 Pestalotiopsis microspore 在無氧環境中也能降解聚氨酯等等。

科學家繼續在深海、北極地區和高海拔高山地區等不同環境中尋找新型塑膠降解微生物和酶,最近瑞士聯邦研究所 WSL 科學家從阿爾卑斯山的高海拔地區與極地地區的塑膠堆中採集 19 種細菌菌株和 15 種真菌,這些菌株生長在掩埋在地下一年的塑膠製品上,他們讓這些微生物在實驗室攝氏 15 度的黑暗環境中,以單一菌株培養物的形式生長,並測試它們是否能消化不同類型的塑膠,並使用一套測定法篩選每種菌株消化不可生物降解聚乙烯 (PE) 和可生物降解聚酯──聚氨酯 (PUR),以及可生物降解的無規共聚物 PBAT 和聚乳酸(PLA)

結果發現,在這些塑膠上培養 126 天後,所有菌株都無法消化 PE。但是 19 種菌株,包括 11 種真菌和 8 種細菌,能夠在 15°C 下消化 PUR,而 14 種真菌和 3 種細菌能夠消化 PBAT PLA 的塑膠混合物。透過核磁共振 (NMR) 和基於螢光的測定證實,這些菌株能夠將 PBAT PLA 聚合物切成更小的分子。

科學家表示,大部分測試菌株能夠降解至少一種測試的塑膠,讓他們感到驚訝,由於塑膠是從 1950 年代才出現的,因此幾乎可以肯定,降解塑膠的能力並不是自然選擇最初針對的特性。

至於為什麼菌株可以分解塑膠,科學家解釋,微生物已被證明可以產生多種聚合物降解酶,可參與植物細胞壁的分解,而由於塑膠聚合物與植物聚合物角質相似,因此植物致病真菌也可以生物降解聚酯。

這次實驗只在 15°C 下進行消化測試,科學家還不知道讓菌株的酶發揮作用的最佳溫度。但至少大多數經過測試的菌株都能在 4°C 20°C 之間生長良好,而最佳生長溫度約為 15°C

發現這些適應低溫的微生物有可能徹底改變塑膠回收行業。科學家表示,他們接下來將確定微生物菌株產生的塑膠降解酶,並優化獲得大量蛋白質的過程,還需對酶進行進一步修飾以優化蛋白質穩定性等特性,開發出具有成本效益且對環境友好的塑膠回收方法。研究結果已發表在《微生物學前沿》期刊。

(首圖來源:Flickr/Oregon State University CC BY 2.0)