总结

家庭塑料垃圾是一个日益严重的全球性问题,因为每年新塑料的供应大大超过其生物降解或回收的速度。从吃塑料的细菌中发现的一种新酶,可能是改善塑料回收和减少我们环境中的塑料垃圾的关键。

令人喜爱的项目

聚对苯二甲酸乙二醇酯,或称PET,是一种硬塑料,它构成了我们的食品容器、塑料瓶和合成纤维。虽然你和你的家人可能知道回收空水瓶的重要性,但你可能不知道瓶子来自哪里,以及它落在一个蓝色的大垃圾箱后发生了什么。

美国每年生产约35000吨新PET塑料(1)。新产品中只有约10%被回收利用,这意味着每年有数千吨塑料被送往垃圾填埋场(1)。但这种情况并非美国独有。PET产生的塑料废料的新产量远远超过了全球的回收能力。

从细菌中学习循环利用的一课

2016年,日本的一个研究小组从一个塑料瓶回收站分离出一种新的细菌物种(2)。他们发现这种叫做Ideonella sakaiensis的细菌可以在几天内将宠物转化为能量。这是令人兴奋的,因为宠物通常需要数百年才能生物降解。科学家们在实验室培育了这种新的细菌,并研究了它用来分解塑料的酶。酶就像细胞内的小分子机器。它们通常由蛋白质组成,帮助细胞完成基本任务,如代谢能量、复制DNA,甚至制造更多的酶。

sakaiensis中发现的塑料吞噬酶可以将完整的PET分子转化成简单的结构块,它对环境无害(3)。这种酶的功能特别有用,因为目前的PET回收技术并不是真正的回收(2)。塑料材料通过这个过程改变了结构,但从来没有完全回收到原来的形式。例如,一个PET塑料水瓶可以被回收成用于服装的合成纤维,然后可能会被回收成用于地毯的纤维,但PET最终会被扔进垃圾填埋场(2)。硬塑料一直到硬塑料。

塑料废物和回收利用的未来展望

在最初发现PETase后,科学家们想知道这种酶是如何工作的,以及如何利用基因工程使它更好地降解塑料(4,5)。2018年设计了一种PETase突变酶,它在降解PET(5)时的性能大大超过了天然酶。该团队得出结论,PETase有很多潜力可以优化,以获得更高的效率。

不幸的是,用于塑料回收的酶系统的开发还远远没有大规模实施。一些最大的挑战包括生产足够的工业用PETase的成本和规模(2)。但这一领域进展很快,研究人员和初创企业都在致力于改进PETase和其他创新方法,以快速生物降解PET(6)。

参考文献

  1. 塑料:材料特定数据。环境保护局(2018年)。从https://www.epa.gov/facts-and-figures-about-materials-waste-and-recycling/plastics-material-specific-data。
  2. 回收渴望塑料的酶的希望。BBC新闻(2018)。从检索https://www.bbc.com/news/science-environment-43783631
  3. 吉田,S.,Kiraga,K.,Takehana,T.,等。一种降解和同化ply(对苯二甲酸乙二醇酯)的细菌。《科学》,351(6278)1196-1199。(2016). 从https://science-sciencemag-org.oca.ucsc.edu/content/351/6278/1196
  4. 朱淑英,赵志刚,徐志强,等。对聚对苯二甲酸乙酯降解分子机理的结构洞察。Nat Commun 9,382(2018)。https://doi.org/10.1038/s41467-018-02881-1
  5. 奥斯丁,H. P.,艾伦,M. D.,多诺霍,B. S.等。塑料降解芳香族聚酯酶的表征与工程。Pnas 115(19) e4350 - e4357。https://www.pnas.org/content/115/19/E4350
  6. 科学家们发明了一种“超级酶”,它能以六倍的速度吃掉塑料瓶。CNN世界(2020)。从检索https://www.cnn.com/2020/09/29/world/plastic-eating-super-enzyme-scli-intl-scn/index.html