海洋塑料垃圾污染有了克星 突變酶將成為白色垃圾終結者

近日，一項發布在《美國國家科學院學報》上的研究成果為人類戰勝塑料垃圾污染帶來了新曙光——科學家意外創造出一種快速降解PET塑料的突變酶，它將成為塑料瓶等白色垃圾的終結者。

被塑料垃圾包圍的海洋動物

PETase3D詳細模型，讓研究人員可以看到如何改進酶。

塑料垃圾有了克星

此次發現的塑料降解突變酶是由日本發現的一種細菌改進而來的生物催化劑。2016年，日本科學家在日本港口城市堺市一個廢棄場的沉積物中發現了一種能“吃”PET的細菌菌株。研究人員認為，這種Ideonellasakaiensis細菌是在自然環境中為了“吃”塑料進化而來的。在29℃環境中，這種細菌可以在短短六周內分解一層PET膜。

這一發現讓科學家們欣喜不已，畢竟PET屬于人造材料，在過去的50年才開始大規模使用。因此，對于自然環境中的細菌而言，在如此短的時間內就能進化到消化人造材料是十分罕見的。科學家普遍認為，這種菌株或許是能解決塑料污染的潛在方式。而這一發現帶來的驚喜遠不止于此。據英國《獨立報》4月16日報道，英國樸茨茅斯大學生物學教授約翰·麥吉漢的團隊在試圖驗證這一說法的過程中，很偶然地創造出一種分解效率更顯著的新型“超動力”塑料降解酶。

原本這個由約翰·麥吉漢教授與美國能源部國家再生能源實驗室化學工程師格雷格·貝克漢姆領導的國際團隊，只是準備著手研究這種酶與PET相遇后是如何進化的。據BBC報道，科學家利用金剛石X射線創建了這種降解酶的高清3D結構模型，以了解其構造。

在經過研究分析后發現，這種天然酶還沒有徹底完全優化，并且與細菌中用于降解植物角質層的酶相似。于是，他們嘗試將降解酶表面的活性位點突變，想驗證PET酶是否會因此失去降解塑料的能力。結果出人意料地導致酶突變，讓其進食塑料的速度變得更快，降解效率一下提升了20%。更令人驚喜的是，這種突變酶還能降解PET的替代品PEF（聚乙烯）。

“意外發現常常在基礎科學研究中扮演重要角色，我們這次的發現也不例外?！丙溂獫h教授表示。而正是麥吉漢教授團隊的這一意外發現，或將徹底改變塑料回收，使塑料從最大的禍害變身為一種有效的再生資源。

麥吉漢教授也表示了自己的樂觀態度：“這個意外的發現表明，我們有進一步改進這些酶的空間，使我們更進一步找到廢棄塑料回收的解決方案。”

塑料污染危害人類健康

塑料最早誕生于英國，而到了上世紀40年代，一種名為聚對苯二甲酸乙二酯（PET）的塑料材質獲得專利。由于重量輕、無色、結實，PET開始被廣泛使用，塑料制品開始飛快占據人類生活的各個角落。塑料，是最廣泛使用的人造材料，由于價格低廉、易于生產、可塑性強，從瓶裝水、塑料袋、合成服裝面料、手機殼、家電及房屋建造的各個生活領域都有塑料的存在。

然而，美國加州大學圣芭芭拉分校的羅蘭德·蓋爾教授在美國《科學進步》期刊上發表的論文中指出，自1950年塑料被大規模生產后，到2015年，全球僅有7.2%的塑料被回收利用，其余大部分都被隨手丟棄。其中，塑料瓶已成為最為常見的白色垃圾。據英國《衛報》報道，近年來，塑料瓶的使用量仍在迅速增長。僅2016年，全球塑料瓶消費量達4 800億個，而十年前這一數字約為3 000億個。而到2020年，塑料瓶使用量將達到每年5 883億個，相當于全球每秒消費2萬個塑料瓶，遠超其回收利用的效率，全球自然環境面臨著塑料污染的危害。這樣的結果，導致海洋正在逐漸變為人類的巨型垃圾場。據 《華盛頓郵報》報道，目前至少有5萬億件塑料垃圾正漂浮在全球的海域中。然而，這還只是初步估算結果，更多在洋流及太陽作用下被降解為微型顆粒的塑料垃圾無法納入統計。預計到2050年，海洋中塑料廢物將和魚的數量一樣多。

根據一項為期三年的最新科學統計預估，在美國加州與夏威夷之間的海域，有近8萬噸的塑料已堆積形成了一個“泛太平洋垃圾帶”，收集的垃圾樣本日期從1977年到2010年皆有。研究人員指出，這一數字是之前報道的16倍，這意味著，塑料污染正在以比水流更快的速度增長。而這些漂浮的垃圾對水生生物構成了嚴重威脅，一些海龜、鳥類錯誤地將塑料當成食物，導致消化系統受到阻塞而死。另一個更為嚴重的后果則是，隨著時間的推移，這些塑料垃圾一面吸附海水中的有毒成分，一面降解成更微小的塑料碎片甚至塑料分子，隨后被海洋生物吃掉，最終隨著食物鏈上移逐漸進入人類的食物鏈中。這些被人類亂扔亂棄的塑料垃圾，正在通過自然界循環回到人類的體內，危害每個人的健康。

這并非危言聳聽，此前的英國一項研究發現，從海里捕撈的魚中，有1/3體內都含有塑料微粒。而德國一項研究發現，測試的24個牛肉品牌中全都含有塑料纖維和碎片，一些蜂蜜和糖里同樣也發現這些物質的存在。

改善降解酶結構快速分解塑料

這次麥吉漢教授團隊的發現，無疑是人類環保史上的重要里程碑。倫敦帝國理工學院的化學工程師NilayShah教授表示，這將是一項非常有用的技術，可以支持塑料的回收和循環利用。盡管在這些酶被廣泛應用于回收行業之前還有很長的路要走，但這一發現具有重大意義，讓人類在與塑料污染的抗爭中邁出了令人興奮的一大步。

目前，該團隊已開始著手進一步改善降解酶結構，希望它們在更短時間內分解PET塑料，并能用于降解其它塑料材料。根據麥吉漢教授的預想，一旦這種酶能將塑料聚合物還原成單體，塑料的回收率將大大提升，同時還能降低人類生產活動對石油原料的需求。