中國(guó)科學(xué)院海洋所首次發(fā)現(xiàn)能有效降解塑料垃圾的海洋微生物菌群和酶

　　4月25日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Journal of Hazardous Materials （《危險(xiǎn)材料》）報(bào)道了中國(guó)科學(xué)院海洋研究所孫超岷團(tuán)隊(duì)最新研究成果，首次發(fā)現(xiàn)能有效降解聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯和聚乙烯兩種塑料的海洋微生物菌群和酶，為獲得塑料降解微生物和功能酶、發(fā)展降解塑料垃圾生物制品提供了重要理論依據(jù)和候選材料，并有望突破難降解塑料聚乙烯的降解瓶頸。

 

　　塑料是一類高分子聚合物的統(tǒng)稱，包括聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯（PET）、聚苯乙烯（PS）和聚氯乙烯（PVC）等。據(jù)報(bào)道，到2015年，人類總共生產(chǎn)了83億噸塑料，其中63億噸被廢棄成為垃圾。由于廢舊塑料種類繁多、回收降解反應(yīng)復(fù)雜，塑料垃圾中只有9%被回收，12%被焚燒，79%被填埋或者遺棄在自然環(huán)境中。按照目前的趨勢(shì)，至2050年垃圾填埋場(chǎng)和自然環(huán)境中將有120億噸塑料垃圾，其形成的“白色污染”給全球帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞。因此開展塑料降解體系研究、加快塑料污染物治理技術(shù)研發(fā)迫在眉睫。

 

　　微生物經(jīng)過與塑料及類似物的長(zhǎng)期共存，逐漸演化出一些類群能有效降解塑料垃圾，是發(fā)展降解塑料垃圾生物制品的絕佳材料。孫超岷團(tuán)隊(duì)自2016年開始從青島近海采集了上千份塑料垃圾，經(jīng)過大量篩選發(fā)現(xiàn)一個(gè)塑料垃圾上附著了一個(gè)菌群，在塑料（PET和PE）表面具有很明顯的定殖和降解能力。該菌群在含有塑料垃圾的培養(yǎng)基中能維持良好的生長(zhǎng)能力，推測(cè)應(yīng)該是通過降解塑料獲得額外的能量來源。通過對(duì)菌群組成種類和豐度進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)有5類細(xì)菌為優(yōu)勢(shì)種群，結(jié)合培養(yǎng)技術(shù)成功獲得上述5類細(xì)菌的純培養(yǎng)菌株，其中3株具有明顯降解塑料的能力。將該3株細(xì)菌按照一定比例進(jìn)行復(fù)配，成功獲得一個(gè)能穩(wěn)定共存并具有顯著降解PET和PE塑料垃圾的菌群，該菌群尤其喜好降解PE塑料，兩周時(shí)間可以將PE降解為碎片。

 

　　研究人員進(jìn)而結(jié)合紅外光譜、凝膠滲透色譜、X射線衍射、高效液相色譜及質(zhì)譜等手段多方位證實(shí)了上述菌群能有效降解PET和PE塑料，利用宏轉(zhuǎn)錄組技術(shù)解析了該菌群在塑料表面通過形成生物膜定殖并分泌酶類降解利用塑料作為能量源的過程，進(jìn)而篩查到多個(gè)可能參與降解PET和PE塑料的候選酶類，最終結(jié)合體外表達(dá)技術(shù)獲得多個(gè)在24小時(shí)內(nèi)能明顯降解PE塑料的酶。因?yàn)镻E塑料目前在國(guó)際上極為缺乏能有效降解的微生物和酶類，該研究成果為下一步研究PE降解機(jī)制及發(fā)展PE降解生物制品奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。目前，該研究成果已成功申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利。

 

　　中科院實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生高蓉蓉為第一作者，孫超岷研究員為通訊作者。研究得到了大洋協(xié)會(huì)“深海生物資源計(jì)劃”及中科院海洋大科學(xué)中心前沿部署等項(xiàng)目聯(lián)合資助。

 

　　相關(guān)論文：Rongrong Gao, Chaomin Sun*. A marine bacterial community capable of degrading poly（ethylene terephthalate） and polyethylene. Journal of Hazardous Materials, 2021, Doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.125928.

 

　　論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S030438942100892X