这些微生物吃水瓶

威博体育的生物学家培育出可以分解塑料污染的细菌菌落。

它很硬，很便宜，而且到处都是。聚乙烯对苯二甲酸乙二醇酯（PET）存在于运动衫、地毯纤维、窗帘、太阳能电池板、网球、微波容器和塑料瓶中——每年大约有5000亿个塑料瓶是由PET制造的。但是，使PET如此有用的特性也使它成为环境噩梦。它令人难以置信的耐久性意味着它可以持续数十年，堵塞河流，海滩，森林和水道。根据《科学》杂志2015年的一篇论文，每年大约有800万吨塑料进入海洋，助长了臭名昭著的太平洋垃圾漩涡，目前这个漩涡的大小相当于德克萨斯州。

为了解决这个巨大的问题，威博体育的研究人员正在招募一个极小的盟友。

在美国微生物学会（American Society for Microbiology）的开源期刊《mSphere》上发表的一篇开创性论文中，杰伊·梅利斯（Jay Mellies）教授和威博体育的学生们报道了可以分解PET的细菌菌落。值得注意的是，这些菌落不是由单一物种组成的，而是由五种不同类型的细菌组成的联合体，它们协同作用，消耗PET并将其转化为能量来源。

梅利斯教授说：“我们工作的新颖之处在于，我们正在使用一组细菌来生物降解PET塑料，而迄今为止，大多数努力都集中在单个的、分离的酶上。”

这个项目的起源来自18岁的生物专业学生Morgan Vague，她在与Mellies教授的论文中研究了细菌和塑料之间的关系。她从德克萨斯州加尔维斯顿湾附近挖掘了一些泥土样本，想看看那里的细菌是否进化出了以碳氢化合物为食的能力。她试图在水瓶碎片上培养细菌；大多数人都死了，但有些人却顽强地活了下来。由于PET是它唯一的营养来源，她推断，它必须消化塑料。

梅勒妮教授很激动。众所周知，PET是不可生物降解的。从化学上讲，它是一种聚合物，由长而坚韧的乙二醇和对苯二甲酸单体缠在一起组成。这些线使PET具有耐用性；它们也使它几乎不受生物反应的影响。然而不知何故，细菌找到了分解它的方法。

在美国国家科学基金会（National Science Foundation）的资助下，梅利斯教授和一批新学生对这一现象进行了更深入的研究。他们首先仔细研究了细菌产生水解酶的情况，水解酶是细菌（和其他生物体）用来消化食物的酶。

水解酶在分子上相当于一把剪刀，能够将长而复杂的分子剪成大小，以便细菌吸收它们。PET聚合物比细菌在自然环境中可能遇到的任何食物来源都要长得多，也更坚韧。但是细菌的适应性很强。在合适的条件下，菌落能促进超锐酶的产生并切断PET吗？毕竟，这些链中充满了高能分子，细菌可以把它们当作食物。

里德大学的研究小组研究了192个不同的土壤细菌菌落，花了几个月的时间在PET上培养它们。这个过程缓慢得令人痛苦。但经过8周的试验，他们发现其中一个样本的PET质量下降了3%。细菌把它吃掉了。在显微镜下，学生们看到微生物咬穿PET的小洞。

更值得注意的是，成功的样品中含有五种不同的细菌，它们紧密地生活在一起，其中一些菌株将PET分解成其他菌株可以消化的成分，等等。

“这些细菌在合作，”梅利斯教授说。“这很疯狂，但他们正在共同努力降解聚合物。”

微生物共生的概念并不新鲜，但它代表了微生物学的一个新领域。自从1876年，德国生物学家罗伯特·科赫确定细菌炭疽杆菌由于炭疽的原因，研究人员倾向于把重点放在分离单个生物体上，以便查明它们的特性。但是不同种类的微生物经常在环境中生活在一起，有理由认为它们可以串联进化。事实上，梅利斯教授提到了日本研究人员2001年发表的一篇论文，该论文发现废水中存在大量共生菌群。“那是一篇意义重大的论文，”他说。“我很感激能找到这个。”

在确定他们的团队确实可以降解PET之后，威博体育的团队现在专注于下一步：寻找使这一过程更有效的方法。水解酶产生和PET降解的遗传途径尚不完全清楚，但有了宏基因组测序等新工具，Mellies教授相信威博体育的学生可以促进分解PET的酶的产生，加速细菌的进化。潜在的好处是巨大的——不仅可以对抗污染，还可以利用微生物共生来解决其他问题。

 

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