这些“秘密”生物都能降解聚乙烯，你知道吗？

2017-08-02 11:19:11 作者：本网整理来源：DT高分子在线分享至：

导读

过去许多专家学者研究如何解决聚乙烯自然降解问题，现在对聚乙烯的自然难降解的研究已经取得了不错的进展，让我们看看，在当今发现了哪些神奇的生物能够帮助我们解决聚乙烯降解问题。

重磅发现：蛾幼虫可以降解聚乙烯塑料

聚乙烯是重要的通用塑料之一，占塑料产品的40%左右，主要用于包装材料，其重要性不言而喻。近50多年来，以聚乙烯为代表的塑料产品产量以指数级形式增长，它们的不可降解性也造成了极其严重的环境问题。因此，发展高效的生物降解方法对于高分子行业的可持续性发展有着重要的意义。

聚乙烯全碳链的化学成分是其难以降解的真正原因，用普通的化学降解方法难以奏效。因此，使用生物降解的方法是一种可行的途径的。最近，来自英国剑桥大学生物化学系的科学家发现某种蜡蛾幼虫（Galleria mellonella）可以以较快的速度降解聚乙烯塑料薄膜，并产生乙二醇降解产物，相关研究成果发表在Cell旗下期刊《Current Biology》（影响因子8.9）。

当使用该种蛾幼虫与聚乙烯塑料袋相接处后，约40分钟后即可产生肉眼可见的漏洞。经定量测试，使用100条幼虫与商业化聚乙烯塑料袋接触12小时后会会消耗约92mg聚乙烯。

▲ PE塑料袋与100条Galleria mellonella幼虫接触后的外观

为了排除在上述现象中昆虫噬咬本身会破坏塑料袋，研究者将幼虫虫体匀浆液涂在塑料袋表面，发现接触14小时可消耗13%的聚乙烯，平均降解速度可达到0.23mg cm-2h-1。该速度明显高于先前已经报道的对于多种塑料产品的生物降解速率。

研究者使用FTIR对其降解产物进行了表征。在与对照组聚乙烯样品相比，经过Galleria mellonella幼虫匀浆液处理的聚乙烯样品增加了3350 cm-1处的信号峰，该峰可与乙二醇的特征峰对应。

▲ 经幼虫匀浆液处理的PE膜以及对照组PE膜红外谱图

此外，对经过处理的PE膜表面同样进行了AFM表征。经过幼虫降解后的PE膜表面明显更加粗糙，从侧面可辅证样品膜表面的降解。

▲ 经幼虫匀浆液处理的PE膜以及对照组PE膜AFM图

该类昆虫可以降解PE膜与其种属有关。事实上，这种昆虫幼虫在自然界中以蜂蜡为食，成年蛾虫将卵即产在蜂巢中，在蛹虫阶段之前，它们的食物就是蜂蜡，而蜂蜡中则包含大量的烷烃、烯烃以及酯类物质，蜂蜡化学成分与PE有一定的相似性。

比较遗憾的是，该项研究没有证明到底是与Galleria mellonella幼虫相关的微生物还是酶造成了聚乙烯的降解，这也成为了下一步研究的重点。

斯坦福发现以塑料为食的蠕虫

想想泡沫塑料杯，美国人每年要扔掉25亿只。然而，这批垃圾只不过是美国人每年丢弃的3300万吨塑料中的一小部分，这个总数中不到10％得到回收利用，而剩下的则引发从水污染到动物中毒的各种挑战。

下面请出神奇的面包虫。这种小蠕虫是拟步甲的幼虫形态，根据斯坦福大学土木与环境工程系高级研究工程师昊Wei一Min台作的两项研究，它们能以聚苯乙烯泡沫塑料或其他形式的聚苯乙烯为食，蠕虫肠道中的微生物在此过程中生物降解塑料一一这是一个令人大吃一斤和充满希望的发现。

“我们的发现为解决全球塑料污染问题打开了一扇新大门，‘’吴说。

发表在《环境科学和技术》上的该论文首次提供了细菌在动物肠道中降解塑料的详细证据。了解面包虫中的细菌如何进行这一月士举可能带来安全处理塑料废弃物的新选择。

”真正重要的研究总有可能来自奇异的地方，“斯坦福大学主管吴等人塑料研究的土木与环境工程教授CraigCriddle说，”科学有时候使我们吃惊，而这次是一个震惊。“

大嚼聚苯乙烯泡沫塑料的面包虫是塑料污染有解的有希望迹象

塑料大餐

在实验室中，100条面包虫每天吃掉34~39毫克聚苯乙烯泡注塑料——大约是一片小药丸的重量。这些蠕虫像处理任何食物来源一样，将约一半的塑料转变为二氧化碳。

在24小时内，他们把大部分剩余塑料以看上去像是微型兔子屎的可生物降解碎片排出。吴说那些固定以塑料为食的面包虫和吃正常饮食的一样健康，而且它们的排泄物看来可以安全地作为种植土使用。

包括吴的研究者们在早先的研究中已经显示印度谷螟的幼虫蜡虫在它们的肠道中有能降解聚乙烯的微生物，这种塑料用于薄膜制品如垃圾袋。然而，关于面包虫的新研究很重要，因为聚苯乙烯泡沫塑料被认为是不可生物降解的并且对于环境问题更大。

由斯坦福大学伍兹环境研究所高级研究员Criddle领导的研究者们正与项目负责人和论文第一作者北肮的杨Jun及其他中国研究者们合作进行持续研究。他们计划一起研究面包虫和其他昆虫体内的微生物是否能生物降解聚丙烯（用于从纺织品到汽车零部件的产品），微珠（用于去角质的小颗粒）和生物塑料（来自玉米或甲烷沼气等可再生生物质来源）。

作为”从摇篮到摇篮“生命周期方法的一部分，研究者们将探索这些材料被小动物食用，然后再依次被其它动物食用后的命运。

寻找海洋生物食客

该领域的另一研究可能涉及寻找面包虫的海洋生物等价物来消化塑料，Criddle说。塑料废弃物在海洋中尤其是个问题，它破坏栖息地，杀死无数海鸟、鱼、海龟和其他海洋生物。

然而，要了解塑料降解的有利条件和用于分解聚台物的酶还需要更多研究。这反过来，又可能帮助科学家设计更强大的酶来降解塑料，并指导制造商设计不会积累在环境或食品链中的聚台物。

Criddle的塑料研究最初的灵感来自2004年一个评价可生物降解建筑材料可行性的项目，该调查是由斯坦福大学伍兹环境研究所的环保项目种子资助计划资助的，它导致推出了一家研发有经济竟争力的无毒塑料的公司。

Science：日本发现能吃塑料的细菌

全世界每年消费超过3亿吨塑料，这其中包括5000万吨的对苯二甲酸乙二醇酯（PET），PET主要用于塑料瓶，各式各样的塑料包装。但是PET几乎不可生物降解，人们发现塑料废弃物在自然界中进过几十年，并没有发生降解，而是变成塑料微粒，被鱼类，鸟类等生物误食，一部分甚至进入人类的食物链。

日本京都工艺纤维大学研究人员Shosuke Yoshida研究人员已经发现了一类只用2种酶就能分解塑胶的细菌。聚对苯二甲酸乙二酯--或PET是用于制造塑胶的一种多聚物，它有很强的抵抗生物降解的能力。全世界仅在2013年就生产了约5600万吨的PET，而在全球各地， PET在生态系统中的积累问题正变得日益严重。到目前为止，能分解PET的真菌种类十分稀少。

Fig. 1微生物在PET上生长

Yoshida等人为此收集了250个PET碎片样本，并对其进行筛检，寻找以PET膜作为主要碳来源从而得以生长的候选细菌。他们发现了一种新型细菌并将其命名为Ideonella sakaiensis 201-F6，在30度的温度时，这种细菌几乎能在6周后完全降解PET薄膜。进一步的研究发现了一种叫做ISF6_4831的酶，它能与水一起令PET降解成一种中间产物，后者接着会被第二种叫做ISF6_0224的酶进一步降解。仅这两种酶就能将PET分解成其更简单的分子结构。

值得注意的是，这些酶与其它细菌的已知酶相比具有独特的功能性，从而产生一个疑问——这些吃塑料垃圾的细菌是如何进化的。庆应义塾大学生物科学和信息学系Shosuke Yoshida说：”PET是全球广泛采用的塑料制品，PET在环境中形成的垃圾已成为一个全球问题。“目前，这项最新研究报告发表在《科学》杂志上。

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责任编辑：殷鹏飞

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