一種微小的微生物有一天可能會吞噬每年堆積在垃圾填埋場的數百萬噸聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。日本的研究人員發現了世界上首個以PET為食的細菌,這種生物以PET作為其主要的碳和能量來源。
每年,塑膠製造商生產超過4500萬噸PET,用於製造水瓶、沙拉盒、花生醬罐和其他產品——所有這些產品都印有帶有數字1的回收標誌。
根據PET樹脂協會PETRA的資料,PET是美國回收率最高的塑膠。但全國範圍內的回收率仍然只達到約31%。歐盟做得更好,回收率約為PET的一半。即便如此,每年仍有數千萬噸這種塑膠最終進入垃圾填埋場,在那裡,這種聚合物強大的酯鍵可以抵抗分解。
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為了找到能夠分解PET的微生物,由京都工藝纖維大學的小田耕平(Kohei Oda)和慶應義塾大學的宮本健二(Kenji Miyamoto)領導的團隊,從日本堺市一家PET瓶回收工廠篩選了250個沉積物、土壤、廢水和活性汙泥樣品。經過一些仔細的微生物偵查,他們發現了一種在PET薄膜上茁壯成長的細菌,並以發現它的城市命名為Ideonella sakaiensis(《科學》雜誌,2016年,DOI:10.1126/science.aad6359)。
PET可以透過化學方法水解成單體,但這個過程可能很慢,通常需要高溫和高壓。此前已經發現了可以分解PET的真菌,但小田和宮本團隊鑑定的細菌似乎比這些真菌更有效。事實上,I. sakaiensis在令人驚訝的溫和的30°C下就能分解聚合物。
研究人員進一步發現,I. sakaiensis使用一種酶,他們稱之為PETase,將塑膠分解成中間產物單(2-羥乙基)對苯二甲酸或MHET。另一種酶,稱為MHETase,將MHET水解成單體對苯二甲酸和乙二醇。科學家們認為,這種酶促機制有一天可以修復PET汙染的環境,或回收塑膠的起始原料,而這些原料目前來源於石油。
格賴夫斯瓦爾德大學的酶催化專家烏韋·T·博恩舍爾(Uwe T. Bornscheuer)在一篇評論文章中指出:“這可以在新聚合物的生產中節省大量成本,而無需使用石油基起始原料。”
目前,I. sakaiensis及其酶在準備吞噬世界上的PET廢物之前,還需要進行一些調整。這種細菌更喜歡以無定形PET為食,而不是產品中使用的結晶PET,而且這些酶的工作速度太慢,無法用於工業用途。
該研究的第一作者、慶應義塾大學的吉田昭介(Shosuke Yoshida)表示,PET預處理可以擴大聚合物的無定形區域,這將使廢物對細菌更具吸引力。他還指出,有可能對酶進行工程改造,使其更快、更實用。
