细菌“小社会”能“吃掉”塑料

喝完丢弃的矿泉水瓶、海洋里的塑料垃圾……这些随处可见的废弃塑料是大自然中难以被降解的顽固垃圾，威胁着地球的环境。传统塑料垃圾的处理方法需要高温集中处理，能耗高、效率低，还会造成二次污染。有没有更好的方法?有，可以让细菌把它们都“吃掉”。这就是天津大学化工学院本科生团队的研发成果：基于混菌体系的高效塑料生物降解系统。日前，该研究成果获得由美国麻省理工学院主办的2016国际遗传工程机器设计竞赛(iGEM)金奖及最佳环境项目单项奖提名。

混菌系统是一种人工设计的细菌组织方式，就像细菌的“小社会”，让不同菌种各司其职。系统中的一部分细菌把塑料中的大分子降解成小分子，另一部分细菌再把小分子吸收掉或转变为其他有益物质。

该学生团队通过上百组混菌实验不断摸索细菌培养条件，最终成功研发出了一个可以让不同菌种“和平共处”的混菌系统。他们在混菌系统中巧妙地设计了一种代谢路径，降低了菌与菌之间争夺营养物质的竞争，实现了混菌系统的稳定。该混菌系统可以完全降解生活中常见的塑料——聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。只需要把该混菌体系释放到自然界，它们就会高效地分解原来千百年都不会发生明显变化的聚酯塑料。该研究成果在未来可以实现塑料垃圾的就地分解。

为了更快地降解塑料，该学生团队还应用基因编辑技术对降解塑料的关键——PETase酶进行了定点改造，成功提高了这种酶分解塑料的效率。除此之外，学生们还创造性地运用了无细胞培养(CELL-FREE)技术，通过把细胞里的物质放到试管中，建立了一个和细胞一模一样的“酶生产工厂”。这样一来，大大简化了筛选PETase酶的操作步骤，大幅提高了PETase酶的生产速率。