塑料是人類偉大的發明，它在可塑性、耐用性和化學穩定性等方面都令傳統材料望塵莫及。因此，它們被廣泛地應用于工業生產和生活領域，可謂無處不在、無時不有。據統計，目前全世界每年的塑料產量約達4億噸，然而這還遠遠不能滿足人類的胃口。

　　塑料制品的大量生產和利用后，隨之而來的就是源源不斷的環境污染問題。研究表明，70%左右的塑料制品會因為各種原因進入到自然環境中，僅中國每年就產生7000多萬噸塑料垃圾。然而，由于塑料的物理化學結構穩定，自然環境下難以分解，會造成長期的深層次的生態問題。微塑料(microplastics)污染就是其中之一。

　　海洋中的PM2.5

　　陸地上的塑料垃圾暴露在陽光和空氣中，會逐漸變質并分裂為微小的碎片和顆粒?？茖W家把其中直徑小于5mm的碎片和顆粒定義為“微塑料”。微塑料的另一個來源是工業原料以及洗化用品中使用的塑料微珠。這些次生微塑料和初生微塑料組成了漂流大軍，浩浩蕩蕩地朝大海進發。

　　微塑料在數量級上和一些動物的食物相似，所以極易被魚鳥等生物吞食。微塑料不僅會對動物消化系統造成嚴重的物理傷害，更可怕的是它還能吸附并釋放水體中的重金屬、有機廢物和致病微生物，致使這些動物發生病變甚至死亡。而隨著食物鏈從低營養級向高營養級流動，微塑料最終會出現在人類的餐桌上。

　　聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)就是最主要的塑料之一，由于具有優良的物理化學性能，被大量應用于紡織纖維、包裝材料和飲料瓶的生產制造。因為PET制品使用后產生的廢品量巨大，并且難以自然分解，所以PET廢棄物的有效降解已成為當今人類社會急需解決的問題之一。

　　高溫是PET生物降解的助推器

　　與熱裂解等條件劇烈的方法相比，PET生物降解法具有反應溫和、環境友好等優勢。目前，已經有一系列具有降解活性的酶得到分離鑒定。微生物酶對低結晶PET的降解有見報道，但在高結晶PET的降解上依然存在瓶頸。

　　研究表明，當溫度接近玻璃化轉變溫度(約70 )時，聚酯鏈的波動性會增加，能夠提高酶對底物的可及性，從而提高PET的降解效率。因此，科研人員提出需要開發高溫生物催化的PET降解技術。雖然目前已有嗜熱PET降解酶的相關報道，但嗜熱底盤細胞的缺乏限制了高溫生物催化技術的開發。

　　寶劍配英雄

　　中科院青島生物能源與過程研究所代謝物組學研究組科研人員最近發表了全新嗜熱全菌催化PET塑料降解策略。這是一種高效的全菌催化技術，有望應用于未來大規模的PET廢棄物降解。

　　熱纖梭菌是一種典型的嗜熱細菌。研究人員前期已成功建立了成熟的基因操作平臺，可以實現熱纖梭菌的任意遺傳改造，從而定向打造高效的全菌催化劑。目前，研究人員已經將基于熱纖梭菌的全菌催化技術成功應用于木質纖維素的生物轉化領域，建立了新型的整合生物糖化技術。

　　在此基礎上，研究人員以熱纖梭菌作為底盤細胞，將來自枝葉堆肥元基因組的嗜熱角質酶LCC在熱纖梭菌中進行異源表達，從而成功建立了具有PET降解功能的嗜熱全菌催化劑(圖1)。該全菌催化劑可以在60 條件下，14天內成功將60%的商業化PET塑料薄片轉化為可溶性單體。

　　熱纖梭菌就是借助LCC這把利劍，切斷堅韌的聚酯鏈，將PET薄膜戳得千創百孔(圖2)。HPLC檢測數據顯示，大部分的PET被分解為乙二醇和對苯二甲酸等單體小分子物質。這種基于熱纖梭菌重組菌株的全菌催化劑的PET降解性能，顯著高于之前報道的基于嗜中溫細菌和微藻的全菌催化體系。

　　研究人員指出，熱纖梭菌可以通過合成纖維小體高效降解木質纖維素，是一種天然的纖維素降解菌株。因此，基于熱纖梭菌的全菌催化策略還有望在含有纖維素和聚酯兩種組分的紡織混合品廢棄物的生物回收中發揮出巨大的應用潛力。

圖1 LCC表達質粒pHK-LCC構建以及在熱纖梭菌中的活性表達及外泌

圖2 全菌催化劑孵育14天中PET薄膜表面形態變化

　　文章來源：中國科學院青島生物能源與過程研究所