陆地和海洋中的微生物正在进化以降解塑料

塑料污染在全球范围内普遍存在，新的研究表明可以分解它的微生物正在进化以匹配它

五年前，科学家在日本一个塑料回收中心周围挖掘土壤和污泥时发现了一种细菌，这种细菌以流行的包装材料 PET 作为能量来源，并在一对特意进化的酶的帮助下。在当时，一项引人入胜的发现表明，这是一个更广泛趋势的一部分，其中此类塑料降解酶的数量和多样性正在增加，以应对世界各地的塑料污染。

自从 2016 年在日本发现这一发现以来，我们在该领域还看到了其他一些有趣的进展。最初的希望是，通过发掘那些使细菌能够快速将 PET 塑料还原成对环境无害的构建块的酶，可以在实验室中设计出更有效的版本，以形成对抗塑料污染的新武器。

2018 年，美国的一组科学家在这项研究的基础上生产了一种工程酶，该酶可以将塑料的消耗效率提高 20% 左右。然后，同一个团队在 2020 年开发了一种更先进的版本，他们将其描述为一种超级酶，可以以六倍的速度消化塑料垃圾。

一系列具有类似能力的酶已经被发现，瑞典查尔姆斯理工大学的一个团队的新研究表明这种现象非常普遍。研究人员分析了来自世界各地数百个海洋和陆地位置的环境 DNA 样本，并使用计算机建模来筛选它们是否有可能分解塑料的微生物酶。

这揭示了总共有 30,000 种酶具有降解 10 种常见塑料的潜力，然后科学家们将其与有关不同国家和海洋塑料污染浓度的官方数据进行了交叉参考。结果证明，一些酶含量最高的地方是污染最严重的地区，例如地中海和南太平洋。

“使用我们的模型，我们发现了多条证据支持这样一个事实，即全球微生物群的塑料降解潜力与环境塑料污染的测量密切相关——这是环境如何应对我们施加的压力的重要证明，”研究作者 Aleksej Zelezniak 说。

发现这些酶广泛分布在海洋和陆地上，但有一些有趣的见解。研究小组在海洋更深处发现了更高浓度的塑料降解酶，这表明与在这些深度看到的更高浓度的微塑料有关。同样，土地样本被发现含有更多的邻苯二甲酸酯塑料添加剂化合物，以及已知能够降解它们的酶，表明两者之间存在联系。

“目前，对这些塑料降解酶知之甚少，我们没想到会在这么多不同的微生物和环境栖息地中发现如此多的酶。这是一个令人惊讶的发现，真正说明了问题的严重性，”该研究的第一作者 Jan Zrimec 解释说。

在过去七年左右的时间里，塑料的大规模生产从每年约 200 万吨猛增至惊人的 3.8 亿吨，每年约有 800 万吨被冲入海洋。虽然这为微生物提供了一个相当大的窗口来对其环境中的废物产生进化反应，但需要大量高效的酶来解决这个问题。但是有了这样的重大发现，科学家们的剧本继续扩大。

Zelezniak 说：“下一步将是在实验室中测试最有前途的候选酶，以密切研究它们的特性和它们可以实现的塑料降解速率。从那里你可以设计具有针对特定聚合物的目标降解功能的微生物群落类型。”

该研究发表在mBio杂志上。

资料来源：查尔姆斯理工大学