吃掉塑料的“酶”

孫玉松 張夢然 羅晨

從中科院天津工業生物技術研究所傳來最新信息，一種專門用于分解PET塑料的水解酶研究取得重要突破，未來將據此培育出專“吃”PET塑料的新酶種，通過生物降解方法幫助解決日益嚴重的塑料垃圾污染問題。該研究成果已發表在最新一期《自然·通訊》雜志。

PET全稱“聚對苯二甲酸乙二酯”，是以石油為原料的常見化工材料，廣泛用于生產食品容器和電子產品，PET塑料已占全球聚合物總量18%，廢棄后在自然界中極難降解，是白色污染的重要來源。

長久以來科學界一直在尋找有效的PET生物降解方法。日前，中國科學院天津工業生物技術研究所郭瑞庭研究員帶領的結構生物學與蛋白酶學研究團隊利用X光晶體學技術，成功解析了新型PET水解酶的高分辨率結構，同時，團隊還在國內首次獲得了PET水解酶與其底物類似物的復合體結構。

科研人員通過整體的蛋白質結構比對發現，PET水解酶與先前報道的其他PET分解酶非常相像，只有活性區的兩個結構特征不同。該項研究對PET水解酶甚至對酶學的研究都具有重要指導意義，闡明了PET水解酶的降解機理，對理解PET塑料的生物降解過程，加快降解PET新酶開發與利用，盡快實現PET水解酶工業化應用具有重要意義。

目前，郭瑞庭研究團隊正利用所獲得的結構學信息，加速對PET水解酶進行更加深入的理性設計和定向進化改造，以期培育出專門降解PET塑料新酶，早日實現PET塑料無害化生物降解。

食物鏈中的塑料微粒

塑料污染已經擴散到多遠？英國《自然·通訊》雜志日前發表的一項環境學研究稱，曾經純凈的海冰正成為塑料微粒的臨時“儲存庫”——海冰內含有大量塑料微粒（直徑小于5毫米的塑料），它們是隨海冰移動而擴散至北冰洋的。該發現同時證實，大量塑料微粒可能因氣候變化導致的海冰消融而被釋放進入海洋。

每年大量塑料垃圾涌入海洋，其中大塊塑料會分解為微粒。此前一項研究顯示，已有數以萬億計的塑料微粒出現在北極海冰中，每立方米海冰含有多達240個塑料微粒，這一密度約是太平洋垃圾漂浮帶塑料微粒的2000倍。

此次，德國阿爾弗雷德·魏格納極地與海洋研究院科學家埃爾科·皮肯及其同事，分析了冰芯中塑料微粒的組成以及海冰的漂移軌跡，使用冰生長模型鑒定了究竟是哪些區域的塑料微粒在海冰生長期間被困在冰內，并鑒定出了不同起源冰芯內聚合物的獨特組成。研究還表明，這些海冰樣本源自美亞海盆和歐亞海盆，大部分是通過北極貫穿流（TranspolarDrift）穿過北冰洋中部的。

研究人員認為，北冰洋中部的塑料微粒分布比之前所想的要復雜得多。更嚴重的是，因海冰消融而釋放的塑料微粒，很可能將遍布北冰洋表面和深水區域，被海洋中的濾食性動物吃掉，存留在它們體內，再經過食物鏈層層傳遞。

塑料微粒來源復雜廣泛存在

去年，一項針對十多個國家自來水樣本的調查研究發現，83%的自來水都被塑料微粒所污染，其中美國塑料微粒污染問題最嚴重，自來水受污染比例高達94%。“本次檢測不過是驗證了塑料微粒的普遍存在。瓶裝水中的塑料微粒數量約是自來水的兩倍，說明這些塑料微粒除了水源含有外，還有一部分可能來自瓶子，即包裝。”

零廢棄聯盟政策顧問毛達博士表示，研究者還在海鹽、魚類、貝類等軟體動物，甚至啤酒和蜂蜜中都發現過塑料微粒。“海鹽、海洋生物是受海洋污染影響。但蜂蜜的產生經歷了植物和動物的代謝過程，在其中發現塑料微粒，說明大自然的循環還有許多人們未知的部分。”

由中國科學院海岸帶環境過程與生態修復重點實驗室、中國科學院大學資源與環境學院共同發表的論文《海岸環境中微塑料污染及其生態效應研究進展》顯示，海岸環境中的塑料微粒來源非常復雜，既有河流、排污、垃圾堆放等陸源輸入，也有來自海洋漂浮垃圾隨洋流和潮汐的輸入。陸源輸入中，污水的大量排放及垃圾堆放等是塑料微粒的主要來源。一些洗滌劑、生活護膚及工業原料等工業品中含有大量塑料微粒，由于其粒徑小、密度低等原因不易從污水中分離或去除。“塑料垃圾在風吹日曬下逐漸變成碎片和微粒進入環境。牙膏、沐浴露、洗面奶、化妝品等個人護理產品含有大量人為生產的塑料微粒。”毛達說。

WHO將評估塑料微粒的健康風險

“塑料微粒可能本身毒性小或沒有毒性，但由于顆粒小、有疏水性等特征，是持久性有機污染物等有毒有害化學物質的載體。”毛達說。

《海岸環境中微塑料污染及其生態效應研究進展》顯示，收集17個國家和地區海岸水體中100多個塑料微粒發現，其表面除了吸附有機污染物外，還會吸附金屬元素、納米顆粒等。研究還發現，聚乙烯型微塑料對多環芳烴的吸附要高于聚丙烯型。而礦泉水瓶類使用的材料基本是聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚對苯二甲酸乙二酯（聚酯）（PET）等。

世界衛生組織（WHO）日前表示，將對飲用水中的塑料微粒健康風險開展評估。負責WHO水和衛生全球工作的協調者布魯斯·高登表示，飲用水中的塑料微粒是否含有害或有毒的成分，會對身體產生什么影響，目前這些都沒有研究。

據聯合國統計，全球塑料的年產量預計可達3億多噸，其中半數都只用過一次就丟棄了。到2050年，世界人口將飆升至近100億，塑料產量預計也將隨之增加兩倍。問題是，如今只有小部分塑料得到回收；剩余的則停留在周圍環境中，在土壤和海洋中不斷蔓延，如同疾病。從美國丟棄的垃圾最終可抵達南極。海水將塑料從海岸拖進一個巨大的漩渦，它在風力作用下不斷攪動著，還有其他洋流推動垃圾遍布洋面各處。事實上，海洋就是一個整體，沒有界限。

有研究發現，90%的越洋遷徙海鳥一生中都吞食過塑料。專注于研究海鳥生存困境的珍妮弗·萊弗思博士介紹，研究人員收集的最高紀錄是一只90天的雛鳥體內發現了276片塑料，占這只鳥體重的15%。

據聯合國環境規劃署統計，每年有超過800萬噸塑料被遺棄在海洋，占海洋垃圾的80%。這不僅威脅海洋野生動植物的生存，還會破壞漁業和旅游業，對整個海洋生態系統造成至少80億美元的損失。

減少海洋垃圾需全球行動

聯合國秘書長海洋事務特使彼得·湯姆森表示，海洋處在極大的危險中。這一趨勢如果持續下去，預計到2050年，海洋中塑料的總重量將超過魚類總和，全球99%的海鳥都會誤食塑料制品。全球塑料消耗量正以每年8%的速度增長。我們必須開始考慮合理化使用，大力推行塑料再利用，一次性塑料制品必須淘汰。目前，盧旺達是少數幾個禁止使用塑料袋的國家之一；在海地，政府開設了“塑料銀行”，回收塑料可兌換現金或者手機充電服務。

去年2月，聯合國發起了一項大規模的“清潔海洋全球運動”，旨在促使各國政府出臺“限塑令”，督促行業減少塑料的生產和用量，重新設計塑料包裝；呼吁消費者減少塑料的過度使用，并改變隨意丟棄垃圾的習慣，以最終避免對海洋造成不可逆轉的影響。

在未來，“清潔海洋全球運動”將持續宣傳各國各企業在減少塑料垃圾方面實行的雄心勃勃的措施，比如消除個人護理產品中的塑料微珠、推行塑料袋“禁令”或征收塑料袋稅、大幅減少各種一次性塑料產品的使用。目前，包括比利時、哥斯達黎加、法國等10個國家已加入了這項運動。印度尼西亞決心在2025年前將海洋垃圾數量減少70%；烏拉圭將在今年下半年對一次性塑料袋征稅；哥斯達黎加將通過完善廢物管理體系，并在民間普及相關知識，推動民眾減少一次性塑料制品的使用。