研究人員長期以來一直觀察到，一種常見的環(huán)境細(xì)菌，共生菌，生長在城市河流和污水系統(tǒng)中散落的塑料上。但是這些單胞菌到底在做什么仍然是一個謎。

現(xiàn)在，西北大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種單胞菌細(xì)菌的細(xì)胞是如何分解塑料作為食物的。首先，它們將塑料咀嚼成小塊，稱為納米塑料。然后，它們分泌一種特殊的酶來進(jìn)一步分解塑料。最后，研究人員發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌利用塑料中的碳原子環(huán)作為食物來源。

這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)基于細(xì)菌的工程解決方案開辟了新的可能性，以幫助清理難以清除的塑料廢物，這些廢物污染了飲用水并危害了野生動物。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》雜志上。

西北大學(xué)的Ludmilla Aristilde是這項(xiàng)研究的負(fù)責(zé)人，他說:“我們第一次系統(tǒng)地證明，廢水中的細(xì)菌可以吸收塑料原料，使其變質(zhì)、破碎、分解，并將其作為碳的來源。”“令人驚訝的是，這種細(xì)菌可以完成整個過程，我們發(fā)現(xiàn)了一種負(fù)責(zé)分解塑料材料的關(guān)鍵酶。這可以被優(yōu)化和利用，以幫助消除環(huán)境中的塑料。”

作為環(huán)境過程中有機(jī)物動力學(xué)方面的專家，Aristilde是西北大學(xué)麥考密克工程學(xué)院環(huán)境工程副教授。她也是合成生物學(xué)中心、國際納米技術(shù)研究所和Paula M. Trienens可持續(xù)發(fā)展與能源研究所的成員。該研究的共同第一作者是麗貝卡·威爾克斯(Rebecca Wilkes)，她曾是阿里斯蒂爾德實(shí)驗(yàn)室的博士生，而周南清(Nanqing Zhou)是阿里斯蒂爾德實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)任博士后。阿里斯蒂爾德實(shí)驗(yàn)室的幾位前研究生和本科生研究人員也參與了這項(xiàng)工作。

污染問題

這項(xiàng)新研究建立在Aristilde團(tuán)隊(duì)之前的研究基礎(chǔ)上，該研究揭示了睪酮單胞菌代謝分解植物和塑料產(chǎn)生的簡單碳的機(jī)制。在新的研究中，Aristilde和她的團(tuán)隊(duì)再次研究了C. testosterone，它生長在聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)上，這是一種通常用于食品包裝和飲料瓶的塑料。因?yàn)镻ET不易分解，所以它是塑料污染的主要來源。

“值得注意的是，PET塑料占全球塑料使用量的12%，”Aristilde說。“它占廢水中微塑料的50%。”

天生的降解塑料的能力

為了更好地了解C. testosterone是如何與塑料相互作用并以塑料為食的，Aristilde和她的團(tuán)隊(duì)使用了多種理論和實(shí)驗(yàn)方法。首先，他們從廢水中分離出細(xì)菌，并將其培養(yǎng)在PET薄膜和顆粒上。然后，他們使用先進(jìn)的顯微鏡觀察塑料材料的表面如何隨時間變化。

接下來，他們檢查了細(xì)菌周圍的水，尋找塑料被分解成更小的納米級碎片的證據(jù)。最后，研究人員觀察了細(xì)菌內(nèi)部，以確定細(xì)菌用來幫助降解PET的工具。

“在細(xì)菌存在的情況下，微塑料被分解成微小的塑料納米顆粒，”阿里斯蒂爾德說?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)廢水細(xì)菌有一種與生俱來的能力，可以將塑料一直降解到單體，這些單體是連接在一起形成聚合物的小構(gòu)件。這些小單位是細(xì)菌可以用來生長的生物可利用的碳源?！?/p>

在確認(rèn)C.睪丸激素確實(shí)可以分解塑料后，阿里斯蒂德下一步想要了解如何分解塑料。通過可以測量細(xì)胞內(nèi)所有酶的組學(xué)技術(shù)，她的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種細(xì)菌在接觸PET塑料時表達(dá)的特定酶。為了進(jìn)一步探索這種酶的作用，Aristilde要求田納西州橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的合作者準(zhǔn)備沒有能力表達(dá)這種酶的細(xì)菌細(xì)胞。值得注意的是，沒有這種酶，細(xì)菌降解塑料的能力就會喪失或顯著減弱。

塑料在水中是如何變化的

盡管Aristilde認(rèn)為這一發(fā)現(xiàn)可能會被用于環(huán)境解決方案，但她也表示，這一新知識可以幫助人們更好地了解塑料在廢水中的演變過程。

“廢水是微塑料和納米塑料的巨大儲存庫，”阿里斯蒂爾德說?！按蠖鄶?shù)人認(rèn)為納米塑料進(jìn)入污水處理廠時就是納米塑料。但我們正在展示納米塑料可以在廢水處理過程中通過微生物活動形成。這是我們需要注意的，因?yàn)槲覀兊纳鐣噲D了解塑料從廢水到接收河流和湖泊的整個過程中的行為?！?/p>