細菌“小社會”能“吃掉”塑料

喝完丟棄的礦泉水瓶、海洋里的塑料垃圾……這些隨處可見的廢棄塑料是大自然中難以被降解的頑固垃圾，威脅著地球的環境。傳統塑料垃圾的處理方法需要高溫集中處理，能耗高、效率低，還會造成二次污染。有沒有更好的方法?有，可以讓細菌把它們都“吃掉”。這就是天津大學化工學院本科生團隊的研發成果：基于混菌體系的高效塑料生物降解系統。日前，該研究成果獲得由美國麻省理工學院主辦的2016國際遺傳工程機器設計競賽(iGEM)金獎及最佳環境項目單項獎提名。

混菌系統是一種人工設計的細菌組織方式，就像細菌的“小社會”，讓不同菌種各司其職。系統中的一部分細菌把塑料中的大分子降解成小分子，另一部分細菌再把小分子吸收掉或轉變為其他有益物質。

該學生團隊通過上百組混菌實驗不斷摸索細菌培養條件，最終成功研發出了一個可以讓不同菌種“和平共處”的混菌系統。他們在混菌系統中巧妙地設計了一種代謝路徑，降低了菌與菌之間爭奪營養物質的競爭，實現了混菌系統的穩定。該混菌系統可以完全降解生活中常見的塑料——聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。只需要把該混菌體系釋放到自然界，它們就會高效地分解原來千百年都不會發生明顯變化的聚酯塑料。該研究成果在未來可以實現塑料垃圾的就地分解。

為了更快地降解塑料，該學生團隊還應用基因編輯技術對降解塑料的關鍵——PETase酶進行了定點改造，成功提高了這種酶分解塑料的效率。除此之外，學生們還創造性地運用了無細胞培養(CELL-FREE)技術，通過把細胞里的物質放到試管中，建立了一個和細胞一模一樣的“酶生產工廠”。這樣一來，大大簡化了篩選PETase酶的操作步驟，大幅提高了PETase酶的生產速率。