中科院發現聚乙烯降解酶 兩周內可將PE降解為碎片

來源:中國科學院海洋研究所 2021-04-30 08:38

中科院海洋所首次發現能有效垃圾的海洋微生物菌群和酶,兩(liang) 周時間可以將PE降解為(wei) 碎片。

4月25日,國際學術期刊Journal of Hazardous Matials (《危險材料》)報道了中國科學院海洋研究所孫超岷團隊最新研究成果,首次發現能有效降解和兩(liang) 種塑料的海洋微生物菌群和酶。

為(wei) 獲得塑料降解微生物和功能酶、發展降解塑料垃圾生物製品提供了重要理論依據和候選材料,並有望突破難降解塑料聚乙烯的降解瓶頸。

微生物與(yu) 塑料長期共處被馴化

塑料是一類的統稱,包括聚乙烯(PE)、、聚對苯二甲酸乙二醇酯()、聚(PS)和等。據報道,到2015年,人類總共生產(chan) 了83億(yi) 噸塑料,其中63億(yi) 噸被廢棄成為(wei) 垃圾。

其大量塑料垃圾被排放進海洋。而傳(chuan) 統塑料在自然中難以發生降解,徹底消失可能需要上百年的時間,給環境帶來了巨大汙染。

但實驗發現,微生物經過與(yu) 塑料及類似物的長期共存,逐漸演化出一些類群能有效降解塑料垃圾。孫超岷團隊自2016年開始從(cong) 青島近海采集了上千份塑料垃圾,經過大量篩選發現一個(ge) 塑料垃圾上附著了一個(ge) 菌群,在塑料(PET和PE)表麵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(yang) 基中能維持良好的生長能力,推測應該是通過降解塑料獲得額外的能量來源。

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海洋微生物菌群能有效定殖並降解PET和PE塑料 

定向分離得到特殊菌群

通過對菌群組成種類和豐(feng) 度進行定量分析,發現有5類細菌為(wei) 優(you) 勢種群,結合培養(yang) 技術成功獲得上述5類細菌的純培養(yang) 菌株,其中3株具有明顯降解塑料的能力。

將該3株細菌按照一定比例進行複配,成功獲得一個(ge) 能穩定共存並具有顯著降解PET和PE塑料垃圾的菌群,該菌群尤其喜好降解PE塑料,兩(liang) 周時間可以將PE降解為(wei) 碎片。

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基於(yu) 菌群純培養(yang) 的3個(ge) 細菌能單獨降解PET和PE塑料 

通過體(ti) 外表達技術獲得能夠降解PE塑料的酶

研究人員進而結合紅外光譜、凝膠滲透色譜、X射線衍射、高效液相色譜及質譜等手段多方位證實了上述菌群能有效降解PET和PE塑料。

利用宏轉錄組技術解析了該菌群在塑料表麵通過形成生物膜定殖並分泌酶類降解利用塑料作為(wei) 能量源的過程,進而篩查到多個(ge) 可能參與(yu) 降解PET和PE塑料的候選酶類,最終結合體(ti) 外表達技術獲得多個(ge) 在24小時內(nei) 能明顯降解PE塑料的酶。

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複配菌群降解PET和PE塑料過程及PE降解酶的功能驗證

早在之前,也有科學家宣稱自己創造了可在一年範圍內(nei) 降解的PE塑料,不過該塑料需要在製造過程中加入其它物質。英國Polymateria創造了一種一年內(nei) 可降解的PE塑料。而本次研究,塑料即為(wei) 普通塑料,降解塑料的菌群來自自然發現。

PE塑料目前在國際上極為(wei) 缺乏能有效降解的微生物和酶類,該研究成果為(wei) 下一步研究PE降解機製及發展PE降解生物製品奠定了堅實基礎。目前,該研究成果已成功申請國家發明專(zhuan) 利。

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