萊斯大學(xué)的科學(xué)家們利用大自然的黏附天才——貽貝的黏附能力——?jiǎng)?chuàng)造出具有強(qiáng)大黏附力的生物工程微生物，這種微生物可以幫助改善環(huán)境清潔。通過將這種增強(qiáng)的粘附力與一種分解有害塑料的酶結(jié)合起來，他們的發(fā)現(xiàn)為解決塑料污染提供了一種潛在的新工具。這項(xiàng)發(fā)表在《小方法》雜志上的研究還可以遏制生物污染，解決從航運(yùn)到醫(yī)藥等行業(yè)長期存在的挑戰(zhàn)。

根據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署的數(shù)據(jù)，美國每年產(chǎn)生約4000萬噸塑料垃圾，其中聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)占64%。PET是一種經(jīng)常用于包裝的塑料，它是出了名的難降解，需要幾個(gè)世紀(jì)才能分解。該團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新使他們能夠創(chuàng)造出粘附細(xì)菌和蛋白質(zhì)，幫助世界各國更有效地分解PET。

“非常令人興奮的是，我們的研究有望解決美國和全球日益嚴(yán)重的塑料污染問題，”研究負(fù)責(zé)人韓肖說，他是賴斯合成X中心主任，化學(xué)、生物科學(xué)和生物工程副教授，也是德克薩斯州癌癥預(yù)防與研究所(CPRIT)的學(xué)者。

解決塑料污染

這種工程細(xì)菌是利用遺傳密碼擴(kuò)展技術(shù)設(shè)計(jì)的，其中包含一種名為3,4-二羥基苯丙氨酸(DOPA)的天然氨基酸，這種氨基酸負(fù)責(zé)貽貝的粘附特性。研究人員通過用DOPA修飾細(xì)菌，顯著增強(qiáng)了它們與PET表面結(jié)合的能力。

經(jīng)過改變的細(xì)菌在37攝氏度的PET樣品上進(jìn)行了測試，結(jié)果顯示附著力增加了400倍。這種有凝聚力的細(xì)菌與一種叫做聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯水解酶的酶結(jié)合在一起，將材料分解成更小、更容易處理的碎片，導(dǎo)致研究人員所說的一夜之間大量降解塑料。

這種創(chuàng)新的方法可以為塑料回收提供一種新穎的解決方案，提供一種更快、更有效的方法來減少塑料廢物及其對(duì)環(huán)境的影響。

“我們的方法強(qiáng)調(diào)了遺傳密碼擴(kuò)展在材料和細(xì)胞工程中的創(chuàng)新效用。它有可能改變生物工程的應(yīng)用，解決現(xiàn)實(shí)世界的問題?！?/p>

對(duì)抗生物淤積

除了解決塑料污染之外，這項(xiàng)研究還為生物污染提供了潛在的解決方案，生物污染是指微生物、植物、藻類和小動(dòng)物在水下表面的不必要的積累，可能會(huì)損壞船體、水下結(jié)構(gòu)和管道。

dopa修飾的蛋白質(zhì)顯示出與有機(jī)和金屬表面的強(qiáng)結(jié)合能力，形成屏障，防止微生物和其他物質(zhì)的積累。

此外，研究人員的發(fā)現(xiàn)具有廣泛的應(yīng)用，包括醫(yī)療保健領(lǐng)域。例如，研究人員說，它可以用來防止醫(yī)療設(shè)備上的細(xì)菌生長，使它們更安全、更有效。

“這將為利用這些相互作用開發(fā)智能材料-蛋白質(zhì)偶聯(lián)物開辟新的途徑，用于各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，如植入式醫(yī)療設(shè)備、組織工程和藥物輸送，”該研究的第一作者、化學(xué)研究生張夢(mèng)熙(Mengxi Zhang)說。