大规模塑料垃圾的产生和不当的处理方式，使塑料污染成为当下最严峻的环境问题之一。8月21日，中国 科学院 深圳先进技术研究院研究员戴卓君团队在《自然—化学生物学》发表研究，研究团队通过对微生物进行基因编辑并产生具备 极端 环境耐受能力的孢子，使其可以在特定条件下分泌塑料降解酶，并通过塑料加工方法将孢子包埋在塑料基质中。
2016年，科学家发现了一种能够利用PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）作为碳源的细菌，其通过两种酶降解PET。后来，加州大学伯克利分校的研究人员开发了由四种单体合成的聚合物RHPs，这些单体能与目标蛋白表面相互作用，保护降解酶在塑料加工过程中的稳定性。然而，RHPs合成难度高，且对高温塑料加工环境的适应性有限。
长期以来，诸多微生物进化出了针对恶劣环境条件的抵抗力。当极端环境到来，不再适合生存和繁殖时，细菌会转变成孢子的形式。孢子可以忍受极端的干燥、温度和压力，这些极端环境恰好存在于塑料加工的环境中。
该研究中，戴卓君团队利用合成生物学方法，改造枯草芽孢杆菌，将可控分泌塑料降解酶的基因线路导入枯草芽孢杆菌，在二价锰离子的胁迫环境中，迫使枯草芽孢杆菌“休眠”，形成孢子形态。产生的孢子带有编辑的基因线路，相比细菌具备了针对高温、高压、有机溶剂和干燥的耐受性。
他们将工程化改造的孢子溶液与聚己内酯（PCL）塑料母粒直接混合，制备出性能稳定的“活”塑料。测试结果表明，研究团队发现“活”塑料与PCL普通塑料，在屈服强度、应力极限、最大形变量和熔点等参数上均没有显著区别。日常使用环境中, 孢子保持休眠状态，塑料也可保持稳定的使用性能。
研究发现，孢子被释放及激活后，活体塑料可以在6至7天内迅速降解，而传统PCL塑料则在21天后依旧剩余约40%的分子量。
此外，研究团队还验证了该系统的普适性，将带有绿色荧光质粒的孢子分别与聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、PET进行混合加工。他们发现，即使从PET塑料中（加工温度为300摄氏度）释放出来的孢子依旧可以复苏并重新表达绿色荧光，为制作其他基底的活塑料奠定良好的基础。
研究团队还使用单螺杆挤出机进行了小规模工业化测试，发现活体的PCL塑料具有快速高效的降解效率。此外，研究人员将活体塑料置于雪碧环境中浸泡2个月，在没有外界作用的情况下，活体塑料能够保持稳定的外形和性质。
该研究为新型可生物降解塑料的开发提供了新视角和方法，有望助力解决当下严重的塑料污染困境。（来源：中国科学报 刁雯蕙）
相关论文信息： https://doi.org/10.1038/s41589-024-01713-2
研究示意图 科研团队供图
