科學家合成出新型“超級酶”，降解塑料速度提升六倍

每年，數(shù)以百萬噸計的塑料垃圾要么被填埋，要么被焚燒，污染遍及整個地球，部分塑料污染嚴重的地區(qū)，人類和動物體內(nèi)都不知不覺已經(jīng)攝入了微型塑料顆粒，不僅缺乏高效的回收手段，而且每天還有更多的新塑料從石化資源中產(chǎn)出，塑料垃圾不斷累積形成惡性循環(huán)。

聚對苯二甲酸乙二酯（PET）是生活中最常見的熱塑性塑料，用于制造飲料瓶、零售包裝、衣物或地毯等產(chǎn)品，在環(huán)境中自然分解需要數(shù)百年時間，現(xiàn)在，科學家們合成了一種新的“超級酶”，有望解決塑料垃圾難題。

這種超級酶降解塑料的速度比此前發(fā)現(xiàn)的酶快了6倍，并有望在未來一兩年內(nèi)用于塑料回收產(chǎn)業(yè)。這項研究由樸茨茅斯大學酶創(chuàng)新中心（CEI）主任約翰·麥基漢和美國國家可再生能源實驗室（NREL）高級研究員格雷格·貝克漢姆共同領(lǐng)導，成果發(fā)表在《美國國家科學院院刊》上。

科學家合成出新型“超級酶”，降解塑料速度提升6倍

科學家稱這種“超級酶”比普通酶降解塑料瓶的速度快了6倍

這種超級酶是通過連接兩種不同的酶設(shè)計而成的。早在2016年，科學家們曾在日本的一處垃圾掩埋場中發(fā)現(xiàn)一種特殊的細菌：IDEONELLA SAKAIENSlS，它能夠把塑料PET分解成為有機小分子，科學家們經(jīng)過提煉優(yōu)化，揭示了第一種酶的工程設(shè)計版本PETASE，可以使PET分解速度加快約20%。后來，科學家又開發(fā)出了MHE TASE水解酶，不斷提升PET生物降解的可能性，探索潛在的低能耗解決方案來處理塑料廢物。

現(xiàn)在合成的這種超級酶，便是將PETASE及其“伙伴”MHET ASE結(jié)合起來做改進，整體活性增加了3倍，降解速度快了6倍。

這項研究的負責人、英國樸茨茅斯大學的約翰·麥基漢教授說：“當我們把這些酶連接起來時，出乎意料的是，我們觀察到活性急劇增加。這是一個嘗試制造更先進的分解酶的方法，且在工業(yè)上更具相關(guān)性。當然，這也是向大自然學習，然后把它帶進實驗室的故事之一。”

今年4月，法國“綠色化學”公司Carbios就曾開發(fā)了一種不同的酶，這種酶最初是在一堆樹葉的堆肥中發(fā)現(xiàn)的，它能在10小時內(nèi)降解90%的塑料瓶，不過最佳的分解條件需要在72℃溫度環(huán)境下進行，曾對此進行過相關(guān)報道。

而現(xiàn)在新合成的這種超級酶可以在室溫下工作。約翰·麥基漢說，將不同的方法結(jié)合起來可以加快商業(yè)應用的進程：“我們可以觀察到PET ASE如何侵蝕塑料表面，而MHETASE則將其進一步切碎，因此很自然地想嘗試能否將它們組合在一起使用，模仿自然發(fā)生的事情。如果我們能夠通過將酶連接在一起制造出更好、更快的酶，并將其提供給carbios等公司，通過合作，我們有望在未來一兩年內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)落地。”

分解天然聚合物（例如纖維素）的細菌在數(shù)百萬年的時間里發(fā)展出了這種雙重方法。科學家認為，通過將兩種酶連接在一起，可以提高降解速度，并使它們更緊密地協(xié)同工作。

該小組現(xiàn)在正在研究如何調(diào)整這些酶，使它們工作得更快。“潛力巨大。”麥基漢說。目前，他所在的實驗室正在推進建設(shè)一個耗資100萬英鎊的測試中心，Carbios公司也正在建造相關(guān)制備工廠。

另外，麥基漢表示，將可分解塑料的酶與能分解天然纖維的酶結(jié)合起來，或許可以使混合材料得到充分回收。“（聚酯和棉）混合面料很難回收。我們一直在與生產(chǎn)這些紡織品的大型時裝公司交流，他們目前確實很掙扎。”

關(guān)于塑料污染的問題可能需要雙管齊下，一方面，減少塑料產(chǎn)品的使用，另一方面，像塑料這樣堅固、輕便的材料非常有用，真正能實現(xiàn)回收利用是解決污染問題的關(guān)鍵。