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大規(guī)模塑料垃圾的產(chǎn)生和不當?shù)奶幚矸绞?，使塑料污染成為當下最嚴峻的環(huán)境問題之一。8月21日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員戴卓君團隊在《自然—化學生物學》發(fā)表研究，研究團隊通過對微生物進行基因編輯并產(chǎn)生具備極端環(huán)境耐受能力的孢子，使其可以在特定條件下分泌塑料降解酶，并通過塑料加工方法將孢子包埋在塑料基質(zhì)中。

2016年，科學家發(fā)現(xiàn)了一種能夠利用PET（聚對苯二甲酸乙二醇酯）作為碳源的細菌，其通過兩種酶降解PET。后來，加州大學伯克利分校的研究人員開發(fā)了由四種單體合成的聚合物RHPs，這些單體能與目標蛋白表面相互作用，保護降解酶在塑料加工過程中的穩(wěn)定性。然而，RHPs合成難度高，且對高溫塑料加工環(huán)境的適應性有限。

長期以來，諸多微生物進化出了針對惡劣環(huán)境條件的抵抗力。當極端環(huán)境到來，不再適合生存和繁殖時，細菌會轉變成孢子的形式。孢子可以忍受極端的干燥、溫度和壓力，這些極端環(huán)境恰好存在于塑料加工的環(huán)境中。

該研究中，戴卓君團隊利用合成生物學方法，改造枯草芽孢桿菌，將可控分泌塑料降解酶的基因線路導入枯草芽孢桿菌，在二價錳離子的脅迫環(huán)境中，迫使枯草芽孢桿菌“休眠”，形成孢子形態(tài)。產(chǎn)生的孢子帶有編輯的基因線路，相比細菌具備了針對高溫、高壓、有機溶劑和干燥的耐受性。

他們將工程化改造的孢子溶液與聚己內(nèi)酯（PCL）塑料母粒直接混合，制備出性能穩(wěn)定的“活”塑料。測試結果表明，研究團隊發(fā)現(xiàn)“活”塑料與PCL普通塑料，在屈服強度、應力極限、最大形變量和熔點等參數(shù)上均沒有顯著區(qū)別。日常使用環(huán)境中, 孢子保持休眠狀態(tài)，塑料也可保持穩(wěn)定的使用性能。

研究發(fā)現(xiàn)，孢子被釋放及激活后，活體塑料可以在6至7天內(nèi)迅速降解，而傳統(tǒng)PCL塑料則在21天后依舊剩余約40%的分子量。

此外，研究團隊還驗證了該系統(tǒng)的普適性，將帶有綠色熒光質(zhì)粒的孢子分別與聚丁二酸丁二醇酯、聚己二酸對苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸、聚羥基脂肪酸酯、PET進行混合加工。他們發(fā)現(xiàn)，即使從PET塑料中（加工溫度為300攝氏度）釋放出來的孢子依舊可以復蘇并重新表達綠色熒光，為制作其他基底的活塑料奠定良好的基礎。

研究團隊還使用單螺桿擠出機進行了小規(guī)模工業(yè)化測試，發(fā)現(xiàn)活體的PCL塑料具有快速高效的降解效率。此外，研究人員將活體塑料置于雪碧環(huán)境中浸泡2個月，在沒有外界作用的情況下，活體塑料能夠保持穩(wěn)定的外形和性質(zhì)。

該研究為新型可生物降解塑料的開發(fā)提供了新視角和方法，有望助力解決當下嚴重的塑料污染困境。