首次發現！能有效降解塑料的海洋真菌和酶研究成果

3月7日，國際學術期刊《Journal of Hazardous Materials》報道了中國科學院海洋所孫超岷課題組首次發現能有效降解聚乙烯(PE)塑料的海洋真菌和酶的研究成果。該真菌不僅能有效降解PE，還對聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PUR)、聚酰胺(PA)和生物可降解塑料有明顯的降解效果，是一株塑料降解譜廣泛的真菌，為發展混合塑料降解生物制品提供了絕佳候選材料，并有望突破多種難降解塑料(如PE、PS、PUR等)的降解瓶頸。 該所實驗海洋生物學重點實驗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。

“塑料是一類高分子聚合物的統稱，2018年全球塑料產量接近3.6億噸。據統計，PE， PP、PS、PVC、PUR及聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等六種塑料制品是目前塑料垃圾的主要來源。”孫超岷介紹，全球每年有超過800萬噸的塑料垃圾流進海洋變成微塑料進入食物鏈，逐漸演變成一個全球性生態難題。要實現塑料垃圾解聚再利用的大規模工業應用，必須發展溫和高效、低成本解聚及再利用的技術體系，如微生物/酶介導的塑料解聚。迄今為止，只有PET塑料的微生物降解取得了不錯的進展，但距離產業化應用仍然有一段距離。對于其它幾種塑料尤其是用量最大、污染最重、最難降解的PE塑料，幾乎鮮有能有效降解的微生物菌株和酶種被發現，更不用說產業化應用。

“因此，開展微生物介導的各種塑料降解體系的研究，加快對塑料污染物治理技術的研發，具有十分重要的理論意義和應用價值。”孫超岷表示，微生物經過與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，是發展降解塑料垃圾生物制品的良好候選材料。

記者了解到，孫超岷團隊自2016年開始從青島近海采集了上千份塑料垃圾，經過大量篩選發現一個塑料垃圾上附著了一個海洋真菌Alternaria alternata FB1，該真菌在PE塑料表面具有很強的定殖能力。經過1個月左右的培養，該真菌能夠在PE表面產生明顯的降解孔洞。延長真菌處理PE的時間至4個月，該真菌能夠使得塑料發生皺縮、變色，降解塑料碎片從原始塑料上剝離。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該真菌能有效降解PE，解聚效率高達95%。結合氣相色譜和質譜技術發現該真菌降解PE塑料的產物主要是一種四碳化合物(二甘醇胺，)占比達到93%。利用轉錄組技術解析了介導該真菌降解PE的潛在酶系，最終結合體外表達技術獲得了多個在24小時內有降解PE效果的酶種。

雖然該真菌能夠降解PE塑料，但需要較長時間(長達數月)。為了能提高其降解效率，研究團隊近期改良了真菌的培養條件，大大提升了對PE塑料的降解效果：一個月即可以產生原來數月才能達到的降解效果。而且，培養條件改良后的真菌能夠有效降解包括聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PUR)、聚酰胺(PA)和生物可降解塑料在內的多種塑料，尤其是對于聚酯型PUR和生物可降解塑料在兩周內即可降解為碎片。值得指出的是，經過毒理實驗確證該真菌對環境無害，而且在降解塑料后其培養物能夠產生有效抑制多種病原菌(包括臨床常見耐藥菌)的活性物質。上述結果均表明該真菌有很好的潛力用于發展環境友好型塑料降解制品，其下游生物基材料還可以用于生產抗生素等生物制品。

目前，該研究成果已經申請國家發明專利保護。孫超岷表示，下一步將重點解析介導多種塑料降解的關鍵酶種，結合合成生物學等技術提升相應酶種的產量和降解能力，實現對部分塑料(如聚酯型PUR)的工業級應用，建立“從塑料降解到高值化生物轉化”的一體化生物回收模式，為我國塑料循環經濟發展提供經濟、環保、可行的技術支撐。(科技日報記者 王健高 通訊員 王敏)

標簽： 研究成果 降解塑料 海洋真菌和酶 首次發現