研究人員發現細菌可以消化海洋表面深處的塑料。它使用一種與人類合成殘餘物一起進化的特殊酶。
阿卜杜拉國王科技大學科學家進行的一項大型全球研究表明，這些海洋微生物無處不在，並且在基因上傾向於消耗聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET)，這是一種用於飲料瓶和紡織品等日常用品的堅韌塑料。
它們的非凡能力歸因於一種名為 PETase 的塑料降解酶的獨特結構特徵。這一特徵被稱為 M5 基序，作為分子特徵，在酶真正可以分解 PET 時發出信號。
“M5 基序就像指紋一樣，告訴我們 PETase 何時可能活躍，並且可以分解 PET 塑料，”海洋生態學家、該研究的聯合負責人 Carlos Duarte 解釋道。 “這些發現幫助我們了解這些酶是如何從其他碳氫化合物降解酶進化而來的，”他說。 “在碳稀缺的海洋中，微生物似乎已經適應了這些酶，以利用新的人造碳源：塑料。”
大自然的循環是如何演變的？
幾十年來，科學家們一直認為 PET 幾乎不可能生物降解。這種信念在 2016 年開始改變，當時人們發現日本回收工廠中發現的細菌可以通過消耗塑料廢物而生存。該公司開發了 PETase 酶，可以將塑料聚合物分解為其成分。
但目前尚不清楚海洋微生物是否獨立進化出了類似的酶。
杜阿爾特和他的團隊結合使用了人工智能建模。基因篩查和實驗室測試 他們證實，M5 基序可將真正的 PET 降解酶與類似的無活性酶區分開來。在實驗中，具有完整 M5 基序的海洋細菌能夠有效降解 PET 樣品。基因活性圖顯示M5-PETase基因在整個海洋中高度活躍。在塑料污染嚴重的地區尤其如此。
世界各地食塑微生物的分佈
為了了解這些酶的分佈範圍，研究人員檢查了從世界各地收集的 400 多個海洋樣本。近 80% 的測試水中都存在含有 M5 基序的活性 PETase。由於表面環充滿了漂浮的碎片。到了近2公里以下營養匱乏的深度。
在深海中，這種能力可能會給微生物帶來關鍵優勢。該研究的聯合負責人、高級生物信息學研究員 Intikhab Alam 表示，以合成碳為零食的能力可能會提供關鍵的生存優勢。
這些發現凸顯了日益增長的進化反應：微生物正在全球範圍內適應人類污染。
儘管這種適應揭示了大自然的複原力，但杜阿爾特警告不要樂觀。他警告說：“當塑料流入深海時，人們已經感受到了對海洋生物和人類消費者的風險。”微生物分解過程太慢，無法彌補每年進入海洋的塑料廢物的溢出。
將發現轉化為現實世界的解決方案
然而，這一發現可能會加速可持續回收的進展。 “多種 PET 降解酶是在深海中自然產生的，”杜阿爾特說。這創建了處理廠中有效塑料降解的實驗室模型。終於到家了”
M5 基序的鑑定為更快、更高效的酶工程提供了路線圖。它揭示了結構在現實條件下的行為方式。不只是在試管中如果科學家能夠複製並改進這些自然機制，人類對抗塑料污染的鬥爭可能會在地球上最意想不到的地方之一：深海找到一個強大的新盟友。
