細菌：制造塑料，吃掉塑料

細菌，是一種生活中無處不在的微生物，盡管肉眼看不到它們，卻廣泛地影響我們的生活。塑料，也是一種極為常見的物質，誰的身邊會沒有塑料制成的東西呢？

在漫長的時間里，細菌和塑料之間都是井水不犯河水。因為塑料太穩定了，在自然環境中幾乎不能分解。因此，細菌也就不能利用其中的有機物，無法在塑料上生長。然而，最近公布的一項研究，卻神奇般地把細菌和塑料連接在了一起。

用細菌制造塑料

塑料是一類高分子材料的統稱，通常是由很多很多個相同的有機物小分子聚合在一起而形成。而要把這些小分子連接起來形成塑料，就需要用到一種叫作“聚合反應”的化學反應，這屬于化工的范疇。

提到化工，大家想到的總是巨大的鐵罐子、高聳的金屬塔（通常用于混合物的分離提純），以及車間里密密麻麻的各種管道。的確，盡管今天的科技已經比兩個世紀之前發展了許多，但化工生產的基本模式一直沒有改變，仍然是“啟動化學反應→分離反應產物→投入下一步反應→分離反應產物……得到想要的產品”。

這種模式的優勢在于原理清楚、設備簡單、控制可靠，也容易擴大生產規模。同時，其缺點也是明顯的：生產的耗能大，容易產生環境污染，使用的原料多數有易燃易爆風險。如今，由于綠色發展的理念深入人心，滿足節能、環保、高效為標準的生產，才更符合時代的需求。這就對化工行業提出了嚴峻的挑戰：能不能讓傳統的化工生產變得綠色、低碳呢？

而最近公開的一項研究為這個問題提供了答案：讓細菌為人類工作，去合成塑料吧！

神奇的生化反應

從本質上說，用細菌合成塑料仍是一個化學反應。但和實驗室里的燒瓶、化工廠里的反應釜①相比，通過細菌來進行的化學反應擁有了諸多優勢：反應條件非常溫和，幾乎用不著加熱，也用不到強酸強堿等試劑，否則細菌自己就先被殺死了；因此，也省去了能適應各種苛刻條件的反應裝置，總體成本較低；環境友好，反應中產生的有毒有害廢棄物相對較少。

實際上，這些優點也并不難理解：各類生物體（包括我們自己）本身就是一個巨大的反應容器，每一秒鐘都有許許多多復雜的化學反應正在發生，從而把氧氣和食物變成我們身體的一部分，以及身體活動所需的能量。而我們的身體顯然不可能提供高溫加熱的條件，也不可能加入強酸強堿（胃酸是個例外）或金屬催化劑，但這些反應卻都高效、可靠地默默完成了。

創新基因工程技術

當然，要讓細菌合成塑料，也是非常不容易的。在這項研究中，科研人員主要做了兩方面的創新。

首先，定制催化該反應所需的酶。酶是各種生化反應的催化劑，具有催化效能高、專屬性強的特點（比如，唾液淀粉酶就能且只能催化淀粉的水解）。當科研人員弄清了某個酶類的催化機理之后，就能對已有的酶類進行結構改造（比如增加或減少一個氨基酸），甚至憑空訂制一個新的酶類，從而明顯提高它們對特定化學反應的催化能力。

其次，改造反應的“容器”。在這項研究中，實際上是將大腸桿菌當作了反應的容器與基礎。研究人員對它進行了改造，增強了它對高濃度反應原料的耐受性，并能把反應產物更快地代謝出去，從而增大了它的“容量”，使反應更高效地進行。

當然，這些改造都涉及基因工程技術，其操作過程也非常復雜。整體上來說，該研究實現了預期目標，能夠大量地制造一種叫作PHA（聚羥基脂肪酸酯）的塑料，全過程清潔、安全，且成本比目前的化工生產要低。這種塑料在新型藥物、光電材料上都有廣泛的用途。因此，該研究引起了廣泛的關注，也是一個非常好的開端。

相生相克的細菌和塑料

我們不僅可以用細菌來制造塑料，也能用細菌來“吃掉”塑料。

塑料的化學性質非常穩定，在自然條件下難以分解，是一種可怕的污染源。雖然通過化工技術能夠分解，但隨之而來的則是高耗能和二次污染的風險。于是有人想到，能不能通過細菌來“吃掉”塑料呢？

2016 年，在一個廢舊塑料瓶回收廠，科研人員在水池底部的污泥中，偶然發現了一種可以分解PET 塑料的細菌，隨后將其命名為“大阪堺菌”。PET 的全稱是“聚對苯二甲酸乙二醇酯”，它被廣泛用于制作飲料瓶、滌綸纖維、電器外殼等，在日常生活中的用量極大。在自然環境中，它可以保持數百年而不分解，對環境而言是一種嚴重的污染。而這種細菌卻能夠在非常溫和的條件下，僅用幾個月的時間就把大部分PET 都徹底分解為二氧化碳，效果驚人。

隨后，許多科研人員對這個方向進行了深入研究，通過基因工程將該細菌進行改造、升級，分解塑料的效率得以進一步提高，能夠“吃掉”的塑料種類也有所擴展。簡而言之，通過細菌來分解塑料的這個思路，目前看來是很有希望的。

目前，這個方案想要在生活中落地實施，最大的難點是價格太過高昂。希望在不久的將來，隨著技術的發展，它的成本能夠降低，從而實現對塑料污染的有效控制。