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日本发现一种革兰氏阴性的β-变形菌,具有降解PET薄膜的能力

   日期:2016-04-11     来源:成都商报    浏览:1163    评论:0    
核心提示: 随着进一步分离培养,他们找到了利用这块PET薄膜为群落输送营养的幕后功臣:Ideonella sakaiensis(名字太长了,姑且简称它“saka”吧)。这是一种革兰氏阴性的β-变形菌,具有降解PET薄膜的能力。它们附着的PET薄膜,在显微镜上出现大量的空洞。 为什么它们能够分解PET薄膜?进一步的生化分析显示,当这些细菌黏附在塑料薄膜上的时候,它们能够分解一种被称为PET降解?的蛋白质,将PET降解,再将降解后的产物运入体内进一步“消化”,最终转化为乙二醇和对苯二甲酸——两种结构相对简单的有机物。这
  
现在说到“环保”二字,几乎离不开一个关键词——“可降解”。
负责进行生物降解工作的主要群体是微生物。它们吃什么,就相当于降解在什么。取材自植物纤维的纸张和布片,比较容易被降解。而塑料之所以被视为污染环境的材料,就是因为它很难降解——微生物从塑料那里得不到什么养分,吃不成。
但是最近,科学家们欣喜地找到了一种能够缓慢分解塑料的微生物,它有一个很长的名字:Ideonella sakaiensis。
这名字啥意思?不重要,重要的是它竟然肯吃塑料!
所谓降解,主要是指在热、光、机械力、化学试剂、微生物等外界因素作用下,聚合物发生了分子链的无规则断裂、侧基和低分子的消除反应,致使聚合度和相对分子质量下降。
简而言之,就是物质被分解成了更加基础和“贴近自然”的成分。
负责进行生物降解工作的主要群体是微生物,对它们来说,降解的主要目的是“填饱肚子”。种类繁多的微生物携带各式各样的酶类,帮助它们从其他生物不需要的东西中获得能量和营养。
取材自植物纤维的纸张和布片,就比较适合微生物的胃口,也就是可降解。因此,它们普遍被环保者们视为对环境友好的包装材料(但它们的生产过程并不环保)。
与它们相比,取材自石油的塑料,固然轻便、结实、造价低廉,给我们的生活带来了极大便利,但它们的化学结构对于自然界来说却是个新鲜玩意儿,怎么“吃掉”塑料,也是微生物很发愁的事。
全球每年产生几亿吨难以降解的塑料垃圾,对海洋的危害尤其大。因此,虽然很难,但许多科学家们都在致力于解决这个白色污染问题。
生物学家们把目光投向了能力强大“分解者”:微生物们能像分解枯枝败叶一样消灭塑料吗?如果可以就真是太好啦!
近日,日本京都工艺纤维大学的科学家小田耕平所率领的一个课题组有了可喜的发现。他们的研究论文刚刚发表在最新一期的《科学》杂志上。
小田耕平的策略是:从塑料污染物密集的地区找找看。要知道,人饿急了的时候什么都会吃一吃,想在那些被“白色污染”占领的地带生存,微生物也得相应地演化出一套本事吧?
环境污染真残酷,“逼迫”这些可怜的微生物硬着头皮啃塑料。
研究者从一个塑料瓶回收点收集了250份被PET(塑料瓶的主要成分)污染的样本,包括废水、土壤等等。然后,他们将这些样本与低密度PET薄膜混合在一起,试图筛选出能以PET为主要碳源的微生物。
在反复、耐心的试验与等待之后,第46号培养瓶里,研究者们满心期待的事情发生了—— 在这个培养瓶中的PET薄膜上,一个微生物群落正在逐渐滋长。显微镜观察显示,这是一个由细菌、原生动物和酵母样细胞组成的“太岁”。
随着进一步分离培养,他们找到了利用这块PET薄膜为群落输送营养的幕后功臣:Ideonella sakaiensis(名字太长了,姑且简称它“saka”吧)。这是一种革兰氏阴性的β-变形菌,具有降解PET薄膜的能力。它们附着的PET薄膜,在显微镜上出现大量的空洞。 为什么它们能够分解PET薄膜?进一步的生化分析显示,当这些细菌黏附在塑料薄膜上的时候,它们能够分解一种被称为PET降解酶的蛋白质,将PET降解,再将降解后的产物运入体内进一步“消化”,最终转化为乙二醇和对苯二甲酸——两种结构相对简单的有机物。这,就是它们的营养来源了。
对于人类来说,乙二醇和对苯二甲酸是有用的工业原料,即使处理起来,也比处理让人头疼的塑料垃圾简单得多。 看起来,利用微生物来降解塑料似乎有着美好的前景。但实际情况可没有那么轻松——在小田耕平的实验中,saka降解一块小小的塑料薄膜,辛辛苦苦花了一个半月的时间,对于全球数以亿吨计的塑料垃圾来说,简直就是杯水车薪。
 
科学家当然不会这么看,这项研究最大的意义,在于它告诉人们:自然界中酶类的演化速度可能比人类想象的要快!这才是充满希望的地方。
 
要知道,PET诞生至今,不过短短70年,而自然界似乎早已有了应对之策。这些酶类究竟是怎样出现的?人们的活动对它们施加了多大影响?要回答这些问题,人们可能需要从PET降解酶的结构和机制入手。
另一方面,如果我们能够妥善利用saka,并高效地处理和回收它们的产物,那么也许,在塑料污染造成更严重的后果之前,人类手里又多了一张能打的牌。加油啊,科学家们!(西维)
 
 
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