今天我們隨手一扔的塑料瓶，即使數(shù)百年之后仍會(huì)屹立于大地之上。不斷堆積的塑料已然造成極其嚴(yán)重的污染問(wèn)題，對(duì)生態(tài)造成的破壞觸目驚心，比如海洋中的許多生物正因它們的存在而面臨死亡威脅。
近年來(lái)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了能真正以塑料為食的菌株，通過(guò)運(yùn)用蛋白質(zhì)工程和蛋白質(zhì)進(jìn)化等方式，不斷對(duì)這些菌株進(jìn)行改進(jìn)以提高它們的運(yùn)作效率。
塑料是一種復(fù)雜且不溶于水的聚合物，有著很長(zhǎng)的重復(fù)的分子鏈。這些長(zhǎng)分子鏈的強(qiáng)度使塑料成為一種十分耐用的材料，需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能被自然降解。如果可以將它們分解成更小的可溶性化學(xué)單元，那么就可以通過(guò)收集和回收這些基礎(chǔ)單元在閉環(huán)系統(tǒng)中形成新的塑料。
2016年，日本科學(xué)家測(cè)試了來(lái)自塑料瓶回收廠的不同細(xì)菌，發(fā)現(xiàn)Ideonella sakaiensis 201-F6可以消化用于制造一次性飲料瓶的塑料——PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)。這種細(xì)菌能分泌一種被稱(chēng)為PETase的酶，而這種酶能斷開(kāi)PET中的特定化學(xué)鍵(酯類(lèi))，留下的那些較小的分子會(huì)被細(xì)菌吸收，并將分子中的碳作為食物來(lái)源。
盡管我們也知道之前還有其他的細(xì)菌酶也可以緩慢地消化PET，但新的酶顯然似乎是專(zhuān)門(mén)為這項(xiàng)工作而生的。它能更快更有效地對(duì)塑料進(jìn)行分解，具有用于生物循環(huán)的潛能。
因此，好幾個(gè)研究團(tuán)隊(duì)一直試圖通過(guò)研究PETase的結(jié)構(gòu)來(lái)了解它的工作原理。在過(guò)去一年中，來(lái)自中國(guó)、韓國(guó)、英國(guó)，美國(guó)和巴西的團(tuán)隊(duì)都發(fā)表了高分辨率下酶的結(jié)構(gòu)及相關(guān)機(jī)制分析的論文。這些論文顯示，執(zhí)行化學(xué)消化的那部分PETase蛋白會(huì)與PET的表面結(jié)合，并在30℃時(shí)運(yùn)作，使其能在生物反應(yīng)器中回收利用。盡管如此，在生物反應(yīng)器中使用細(xì)菌酶對(duì)塑料進(jìn)行分解再回收利用的想法，仍是一件知易行難的事。塑料的物理特性讓它們并不容易與酶發(fā)生相互作用。
用于制作飲料瓶的PET具有一種半結(jié)晶結(jié)構(gòu)，因此塑料分子非常緊密地堆積在一起，讓酶難以接觸。最新的研究表明，改進(jìn)過(guò)的酶很可能具有非常強(qiáng)的功效，因?yàn)閰⑴c反應(yīng)的那部分分子具有很強(qiáng)的接觸能力，能夠直擊即便是被遮蔽起來(lái)的PET分子。
想要通過(guò)人為方式改造酶以讓其具有高于自然狀態(tài)時(shí)所具有的工作效率，其實(shí)是件不太尋常的事?；蛟S這一研究成果反映的一個(gè)事實(shí)——為了生存，細(xì)菌在最近進(jìn)化出了用PETase對(duì)付人造塑料的本領(lǐng)。或許科學(xué)家可以通過(guò)工程優(yōu)化PETase的形式來(lái)超越自然進(jìn)化。但這也存在一個(gè)令人擔(dān)心的問(wèn)題：雖然生物反應(yīng)器中使用的任何改良過(guò)的細(xì)菌都可能受到高度控制，但它進(jìn)化成可以降解和消耗塑料的這一能力或許意味著——我們?nèi)绱艘蕾?lài)的塑料或許并沒(méi)有我們想象中的那么耐用。
如果自然界存在更多的可以吃塑料的細(xì)菌，那么那些原本設(shè)計(jì)來(lái)保持多年的塑料產(chǎn)品或建筑結(jié)構(gòu)就將受到威脅。到那時(shí)，為了防止塑料產(chǎn)品被饑餓的微生物污染，塑料行業(yè)將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
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