據(jù)統(tǒng)計，自#微生物#1950年以來全球塑料產(chǎn)量超過80億噸，平均下來，地球上每個人都能分到一卡車。
其中只有9%的塑料廢品被回收利用，12%的命運是付之一炬，其余的塑料垃圾就傾倒進(jìn)了環(huán)境中。
圖片來源：veer圖庫
塑料的危害不止于此。
丟棄在環(huán)境里的塑料在陽光暴曬和風(fēng)力撕扯的作用下，逐漸由大變小，由小化微，直至變成毫米級的塑料微粒。
微塑料已經(jīng)擴(kuò)散到地球的每一寸土地，從人跡罕至的南北極，到世界最高點珠穆朗瑪峰都出現(xiàn)了微塑料的身影。
魚類和鳥類經(jīng)常把微塑料誤當(dāng)作食物，一不小心就成了"塑"食主義者。在20多種常見經(jīng)濟(jì)魚類中，有九成體內(nèi)存在微塑料。
就算在南極，80%鳥類的胃里都有微塑料。
微塑料抓住食物鏈一路高歌猛進(jìn)，幾乎沒有動物能夠逃脫食"塑"的命運。
據(jù)估計，全球人均每年攝入約107顆微塑料，相當(dāng)于每周吞下一張信用卡重的微塑料。
在被污染牡蠣的胃和腸中觀察到6 m的聚苯乙烯微珠｜圖片來源：參考文獻(xiàn)9
如何降解掉塑料，成了擺在全世界科學(xué)家面前的一道大難題。
降解塑料，微生物或許可以幫忙
科學(xué)家找到了多種或許能夠拯救地球的微生物，這些微生物能夠分解塑料，并以塑料為食。
黃粉蟲，又叫面包蟲，由于蛋白質(zhì)含量高達(dá)50%，被人工養(yǎng)殖作為一道美食。
而黃粉蟲眼里的美食卻是果皮、酒糟、秸稈這樣的廢棄物。
因為食性較廣泛，科學(xué)家嘗試給它們喂食聚苯乙烯塑料泡沫，沒想到它們吃掉了泡沫。
被嚙食的塑料一部分成功為黃粉蟲增了膘——同化為身體脂肪，剩余部分穿腸而過，變作類似兔糞便的生物降解顆粒，還可以作為有機(jī)肥料繼續(xù)使用。
黃粉蟲在吃塑料泡沫｜圖片來源：百度百科
蠟螟，天生愛搞破壞，是蜜蜂的天敵，養(yǎng)蜂人的噩夢。
蠟螟降解塑料的發(fā)現(xiàn)源于一次偶然事件：一個業(yè)余養(yǎng)蜂人從蜂巢中捉到幾只蠟螟，并封在了塑料袋里。
萬萬沒想到幾分鐘后被囚禁的害蟲竟然逃之夭夭，只留下了千瘡百孔的塑料袋。
蠟螟的巢蟲｜圖片來源：百度百科
其實蠟螟能夠降解塑料不足為奇，因為它們最愛的美食是蜂蠟。
而蜂蠟中最常見的烴鍵化學(xué)結(jié)構(gòu)與聚乙烯高度相似，人稱"天然塑料"。
被嚼碎的聚乙烯經(jīng)過蠟螟的消化，轉(zhuǎn)變?yōu)橐叶夹》肿樱瑤字軆?nèi)就可以在自然環(huán)境中降解。
一百只蠟螟12小時內(nèi)對塑料袋的降解｜圖片來源：參考文獻(xiàn)1
此外，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)印度谷螟、大麥蟲等昆蟲也具有降解塑料的能力。
為什么這些昆蟲能降解塑料？
最終，研究者發(fā)現(xiàn)，秘密武器是它們的腸道里的微生物。
科學(xué)家把蠟螟和黃粉蟲放在飼養(yǎng)盒里，先餓它們兩天，然后用剪碎的聚乙烯地膜飼喂十天。
之后將這些塑料馴化后的昆蟲解剖、挑出腸子，磨碎后制成腸道菌群富集培養(yǎng)液，繼續(xù)投喂聚乙烯地膜，分離出可以降解這種塑料的細(xì)菌。
目前科學(xué)家已經(jīng)從蠟螟、黃粉蟲等昆蟲的腸道中分離到多種高效降解塑料的微生物。
除此之外，農(nóng)田土壤、廢棄地膜、垃圾填埋場、污泥和海洋等環(huán)境也是科學(xué)家尋找塑料降解微生物的首選之地。
PET是一種廣泛用于飲料瓶制造的塑料。
日本科學(xué)家從垃圾回收點采集了250份含有PET纖維的土壤和污水樣品，利用PET材料直接從中篩選到了可以降解并利用它生長的細(xì)菌。
在電鏡下觀察到，這種細(xì)菌可以附著在PET的表面，形成一層生物膜，然后蠶食PET。
細(xì)菌附著在PET表面行使功能｜圖片來源：參考文獻(xiàn)11
繼續(xù)深入挖掘，又發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌降解PET的秘密武器——菌體內(nèi)兩種負(fù)責(zé)PET降解的關(guān)鍵酶，被分別命名為PETase和MHETase。
于是科學(xué)家預(yù)測了細(xì)菌降解PET的過程：先由PETase將聚酯鏈切成較短的中間產(chǎn)物，然后再由MHETase繼續(xù)降解為單體小分子。
小分子被細(xì)菌同化利用，最終變成水和二氧化碳等物質(zhì)。
細(xì)菌降解PET塑料示意圖｜圖片來源：參考文獻(xiàn)2
能降解還不夠，還要高效
雖然已經(jīng)證實多種塑料可以被微生物降解，但天然降解塑料的微生物效率都非常低，對環(huán)境適應(yīng)性差，限制了其自身的實際應(yīng)用。
因此，科學(xué)家還要繼續(xù)在實驗室中對這些微生物進(jìn)行馴化和改造。
以PET這種塑料為例，在較高溫度下，PET聚酯鏈的波動性會增加，酶對聚酯鏈的可及性上升，從而能提高PET的降解效率。
這就要求，這種微生物既要耐得住高溫，還要能降解塑料。
熱纖梭菌，是一種常年生長在五六十?dāng)z氏度高溫中的厭氧細(xì)菌。
由于體內(nèi)的纖維小體是一種高效降解木質(zhì)纖維素的超級分子機(jī)器，熱纖梭菌已經(jīng)被開發(fā)成高效降解農(nóng)林廢棄物的利器。
熱纖梭菌和其表面的纖維小體｜圖片來源：參考文獻(xiàn)5
科學(xué)家將來自枝葉堆肥元基因組的嗜熱角質(zhì)酶LCC在熱纖梭菌中進(jìn)行異源表達(dá)，建立了具有PET降解功能的嗜熱全菌催化劑。
這種全菌催化劑可以在60℃條件下，兩周內(nèi)降解掉60%的商業(yè)化PET塑料。
除此之外，熱纖梭菌可以天然高效降解木質(zhì)纖維素，因此，基于熱纖梭菌的全菌催化策略還有望在纖維素和聚酯纖維的紡織混合品廢棄物的回收利用中發(fā)揮出巨大的應(yīng)用潛力。
相對于陸地，海洋環(huán)境更加復(fù)雜。
海洋是全球塑料垃圾的最大聚集地，但許多已知的PET降解微生物并不能適應(yīng)海洋環(huán)境。
科學(xué)家在海洋中找到一種名為三角褐指藻的單細(xì)胞硅藻，它可以在鹽水環(huán)境中利用二氧化碳快速生長。
三角褐指藻常被作為一種優(yōu)質(zhì)的水產(chǎn)蛋白餌料，富含多不飽和脂肪酸，也是微藻生物柴油的重要來源。
三角褐指藻原子力顯微鏡圖片｜圖片來源：參考文獻(xiàn)6
通過遺傳改造，三角褐指藻被打造成高產(chǎn)PET降解酶PETase的細(xì)胞工廠。
三角褐指藻通過異源表達(dá)PETase, 將PET降解為可溶性單體。
可溶性單體回收后可以重新用來合成新的PET材料，形成一種閉環(huán)的塑料回收利用策略，在海水污染的治理中顯示出巨大優(yōu)勢。
當(dāng)下針對各類塑料的降解研究如火如荼，越來越多的微生物和酶被選中并訓(xùn)練成出色的獵手，幫助我們"吃掉"塑料垃圾。
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