一物降一物？廢水中的“食塑菌”

研究人員長(zhǎng)期以來(lái)一直觀察到一種常見(jiàn)的環(huán)境細(xì)菌，叢毛單胞菌科(Comamonadaceae)，它們生長(zhǎng)在城市河流和污水系統(tǒng)中散落的塑料上。但是，這些單胞菌究竟在做什么卻是未知的。日前，美國(guó)西北大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，這種細(xì)菌可將塑料咀嚼成小塊，然后它們分泌一種特殊的酶來(lái)進(jìn)一步分解塑料，最后細(xì)菌利用塑料中的碳原子環(huán)作為食物來(lái)源。

廢物很多時(shí)候污染了飲用水并危害了野生動(dòng)物，而這一發(fā)現(xiàn)為開(kāi)發(fā)基于細(xì)菌的工程解決方案開(kāi)辟了新的可能性，可幫助清理難以清除的塑料廢物。研究發(fā)表于《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》。

研究人員表示：“研究首次系統(tǒng)地展示了廢水中的細(xì)菌可以以塑料為原料，使其變質(zhì)、破碎、分解并用作碳源。研究還發(fā)現(xiàn)了一種負(fù)責(zé)分解塑料材料的關(guān)鍵酶。這可以被優(yōu)化和利用，以幫助消除環(huán)境中的塑料。”

這項(xiàng)新研究建立在之前的Comamonas testosteroni代謝分解植物和塑料分解產(chǎn)生的簡(jiǎn)單碳的機(jī)制的研究基礎(chǔ)上。在新的研究中，研究團(tuán)隊(duì)再次研究了C. testosteroni，它生長(zhǎng)在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）上，這是一種通常用于食品包裝和飲料瓶的塑料。因?yàn)镻ET不易分解，所以它是塑料污染的主要來(lái)源。

“值得注意的是，PET塑料占全球塑料使用量的12%，它占廢水中微塑料的50%?！毖芯咳藛T說(shuō)。

【原創(chuàng)圖片】河流中的塑料污染。攝影：炎波（綠會(huì)志愿者）

與生俱來(lái)降解塑料的能力

為了更好地了解C. testosteroni是如何與塑料相互作用并以塑料為食的，研究團(tuán)隊(duì)從廢水中分離出細(xì)菌，并將其培養(yǎng)在PET薄膜和顆粒上，隨后觀察塑料材料的表面如何隨時(shí)間變化。他們檢查了細(xì)菌周圍的水，尋找塑料被分解成更小的納米級(jí)碎片的證據(jù)；并觀察了細(xì)菌內(nèi)部，以確定細(xì)菌用來(lái)幫助降解PET的工具。

研究人員說(shuō):“在細(xì)菌存在的情況下，微塑料被分解成微小的塑料納米顆粒，我們發(fā)現(xiàn)廢水中的細(xì)菌有一種與生俱來(lái)的能力，可以將塑料一直降解到單體，這些單體是連接在一起形成聚合物的小構(gòu)件。這些小單位是細(xì)菌可以用來(lái)生長(zhǎng)的生物可利用碳源?！?/p>

在確認(rèn)C. testosteroni確實(shí)可以分解塑料后，研究人員通過(guò)可以測(cè)量細(xì)胞內(nèi)所有酶的組學(xué)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌在接觸 PET 塑料時(shí)表達(dá)的一種特定酶。值得注意的是，通過(guò)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有這種酶，細(xì)菌降解塑料的能力就會(huì)喪失或顯著減弱。

塑料在水中的變化

研究人員認(rèn)為這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)被用于環(huán)境解決方案，同時(shí)這一新知識(shí)可以幫助人們更好地了解塑料在廢水中的演變過(guò)程。

“廢水是微塑料和納米塑料的巨大儲(chǔ)存庫(kù)，大多數(shù)人認(rèn)為納米塑料進(jìn)入污水處理廠時(shí)就是納米塑料。但研究展示出納米塑料可以在廢水處理過(guò)程中通過(guò)微生物活動(dòng)形成。這是我們需要注意的，因?yàn)槲覀冋噲D了解塑料從廢水到接收其的河流和湖泊的整個(gè)過(guò)程中的行為?！毖芯咳藛T說(shuō)。

這項(xiàng)研究的意義超越了生物修復(fù)。這為塑料在廢水環(huán)境中的演變提供了見(jiàn)解。這項(xiàng)研究表明，廢水處理過(guò)程中的微生物活動(dòng)是納米塑料的主要貢獻(xiàn)者，而不是許多人認(rèn)為的納米塑料在進(jìn)入廢水處理廠時(shí)已經(jīng)碎裂。這種細(xì)菌降解塑料的能力，可能會(huì)改變我們創(chuàng)造可持續(xù)環(huán)境所做的努力。

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編譯 | Sara

審核 | Daisy
排版 | 綠葉

參考資料略