这种细菌为啥能“吃”塑料？科学家有了新发现

◎ 科技日报采访人员陈曦
塑料废弃物在环境和生态系统中造成的污染, 已经成为不可忽视的严重问题。聚对苯二甲酸乙二酯 (polyethylene terephthalate ， PET) ，是生产与消耗量最多的塑料之一，大多数矿泉水瓶原料就是PET 。
大部分PET废弃物以土地掩埋或焚烧法来处理，但掩埋法无法彻底消除PET ，焚烧则会产生温室气体排放造成二次污染。

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湖北大学生命科学学院、省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室的郭瑞庭教授与陈纯琪教授团队，经过研究推论出，细菌为快速适应堆积的PET废弃物，在古老的角质酶中导入突变，使之转变成高效的PET降解酶。
这个发现为创制更多性质优良PET降解酶提供有效策略，目前团队已利用这个方法获得多个新型的PET降解酶，为发展生物降解塑料技术创造重要价值。
相关研究成果5月20日发表在权威期刊《？自然·催化》（Nature Catalysis）上。
这种细菌为啥能“吃”塑料
PET的塑料分类代号为1号，目前全球年产量已近七千万吨。 PET防水、耐热、抗酸碱腐蚀，所以大量的运用在食品饮料包装和人造纤维制作。目前， PET的回收率仅有10%左右，而目前较常使用的物理或化学回收法都有其限制。因此，发展温和绿色的生物降解法来处理PET废弃物，是人类社会寻求可持续发展的重要方向。
PET为聚酯大分子，理论上有可能被降解酯键的酶所水解，然而大量的芳香环以及结构致密的结晶区，使得PET对于酶介导的作用有非常强的抗性。因此，寻找更为有效的PET降解酶是开发生物降解PET技术的核心。
塑料的性质稳定，一般认为需要数百年的时间才可能被自然分解。 2016年， Yoshida等人在日本大阪近郊的PET回收处分离了一株能“吃”PET的细菌— Ideonella sakaiensis 。这株细菌分泌一个能够将PET水解成小分子的酶，称“IsPETase” 。分解后的小分子就可以被细菌吸收利用。
【这种细菌为啥能“吃”塑料？科学家有了新发现】“IsPETase是目前为止唯一一个透过自然演化过程产生的真正意义上的PET降解酶。然而， IsPETase并不是一个全新的酶，而是属于一种古老的酶种— ‘角质酶’ ，原本的作用是微生物用来分解植物角质的。 ”郭瑞庭介绍，古老的角质酶分解PET的活力非常低，但IsPETase却能够很好的水解PET 。 PET问世不到70年，细菌如何能够在短短的时间内把角质酶转变成PET降解酶，其中的奥秘始终没有被揭露。
郭瑞庭教授与陈纯琪教授团队长期从事蛋白质结构与功能分析，于2017年首度在国际上公布了首个IsPETase的晶体结构与酶和底物类似物的复合体结构。郭瑞庭介绍：“透过比对IsPETase与角质酶的蛋白质结构，我们发现角质酶的底物结合区较为狭窄，比较适合作用在形状细长的角质，而不利于作用在构造较为宽大的PET上。 ”