寻找、培养和生物工程生物能够消化塑料，不仅有助于消除污染，而且现在也是一项大生意。已经发现了几种可以做到这一点的微生物，但当它们的酶在工业规模上应用时，它们通常只能在30°C以上的温度下工作。所需的加热意味着迄今为止工业应用的成本仍然很高，而且不是碳中和的。但这个问题有一个可能的解决方案：找到专门的冷适应微生物，它们的酶在较低的温度下工作。

瑞士联邦研究所WSL的科学家知道在哪里可以找到这样的微生物：在他们国家阿尔卑斯山的高海拔地区，或者在极地地区。他们的发现发表在《微生物学前沿》上。

第一作者Joel Rüthi博士目前是WSL的客座科学家，他说：“在这里，我们表明，从高山和北极土壤的‘塑料层’中获得的新微生物类群能够在15°C下分解可生物降解的塑料。这些生物可以帮助降低塑料酶回收过程的成本和环境负担。”

Rüthi及其同事在格陵兰岛、斯瓦尔巴群岛和瑞士对生长在自由放置或故意掩埋的塑料（在地下保存一年）上的19种细菌和15种真菌进行了采样。斯瓦尔巴群岛的大部分塑料垃圾是在2018年瑞士北极项目期间收集的，学生们在该项目中进行了实地调查，亲眼目睹了气候变化的影响。来自瑞士的土壤是在格劳宾登州的穆奥特达巴巴佩德尔山顶（2979米）和瓦尔拉维伦山谷采集的。

科学家们让分离的微生物在黑暗和15°C的实验室中以单菌株培养的形式生长，并使用分子技术对其进行鉴定。结果表明，这些菌株属于放线菌门和变形菌门的13个属，真菌属于子囊菌门和毛霉菌门的10个属。

 

令人惊讶的结果

然后，他们使用一系列分析来筛选每种菌株消化不可生物降解聚乙烯（PE）和可生物降解聚酯聚氨酯（PUR）无菌样品的能力，以及两种市售可生物降解的己二酸聚丁烯酯（PBAT）和聚乳酸（PLA）混合物的能力。

即使在这些塑料上培养126天后，也没有一种菌株能够消化PE。但包括11种真菌和8种细菌在内的19种（56%）菌株能够在15°C下消化PUR，而14种真菌和3种细菌能够消化PBAT和PLA的塑料混合物。核磁共振（NMR）和基于荧光的分析证实，这些菌株能够将PBAT和PLA聚合物分解成更小的分子。

Rüthi说：“我们发现很大一部分测试菌株能够降解至少一种测试塑料，这让我们非常惊讶。”

表现最好的是Neodevriesia属和Lachnellula属的两种未鉴定的真菌：它们能够消化除PE外的所有测试塑料。结果还表明，大多数菌株消化塑料的能力取决于培养基，每个菌株对测试的四种培养基的反应都不同。

 

消化植物聚合物能力的副作用

消化塑料的能力是如何进化的？由于塑料从20世纪50年代才出现，降解塑料的能力几乎可以肯定不是自然选择最初的目标。

WSL最后一位作者、高级科学家兼小组组长Beat Frey博士表示：“微生物已被证明能产生多种聚合物降解酶，参与植物细胞壁的分解。特别是，据报道，植物病原真菌通常会生物降解聚酯，因为它们能够产生角质酶，而角质酶的目标是塑料聚合物，因为它们与植物聚合物角质相似。"

 

挑战依然存在

由于Rüthi等人只在15°C下进行了消化测试，他们还不知道成功菌株的酶工作的最佳温度。

Frey说：“但我们知道，大多数测试菌株在4°C到20°C之间都能很好地生长，最适温度在15°C左右。”。

他还表示：“下一个重大挑战将是识别微生物菌株产生的塑料降解酶，并优化获得大量蛋白质的过程。此外，可能需要对酶进行进一步修饰，以优化蛋白质稳定性等特性”。

 

来源：

Swiss researchers identify plastic-degrading microbial strains in the Alps and Arctic region (news-medical.net)

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