科学家们创造了一种“活塑料”,当材料开始腐蚀时,它会自毁。
在堆肥过程中,这种新型产品在一个月内就会分解,而传统产品在相同条件下需要55天才能分解。
这项充满希望的技术的灵感来自塑料咀嚼蛋白质的力量,这些蛋白质是由2016年在日本一家回收设施发现的一种细菌自然产生的。
自从科学家们发现其他几种细菌进化出吃塑料的酶以来的几年里,这些天然蛋白质激发了对我们的废物更渴望的合成版本。
由合成生物学家唐晨旺领导的中国科学院(CAS)的研究人员现在已经找到了如何烘焙细菌孢子,这些孢子将这些酶分泌到聚己酸内酯(PCL)塑料的结构中。
这样,当塑料开始降解时,这些新释放的酶可以完成这项任务。
作为大型复杂的蛋白质,酶通常不稳定甚至脆弱。因此,研究人员将洋葱伯克霍尔德菌(BC)的脂肪酶基因工程化到另一种名为枯草芽孢杆菌的微生物的DNA中,枯草芽孢杆菌以孢子形式耐高温高压。
随着塑料表面的侵蚀,释放的孢子开始发芽。然后,生长中的枯草芽孢杆菌表达其BC脂肪酶的拷贝,该脂肪酶几乎完全降解PCL分子。
唐和他在CAS的同事们发现,当使用南极念珠菌产生的第二种脂肪酶来加速这一过程时,塑料在一周内降解。相比之下,以相同方式处理的传统PCL塑料在三周后仍然存在。
生活塑料
一种嵌有孢子的活塑料。(唐等,自然化学生物学,2024)
制造PCL所需的温度和压力并不像其他塑料所需的条件那么极端。为了测试孢子是否能在制造其他塑料所需的加工过程中存活下来,CAS的研究人员设计了这种细菌来表达荧光标记。
测试的塑料产品包括PBS(聚丁二酸丁二醇酯)、PBAT(聚己二酸丁二醇酯共对苯二甲酸酯)、PLA(聚乳酸)、PHA(聚羟基烷酸酯),甚至需要高达300℃温度的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)塑料。当物理降解或煮沸时,孢子包埋的塑料开始发光。
这表明孢子在“烘烤过程”中存活下来,并在侵蚀按计划触发时释放其内容物。
CAS的研究小组补充道:“活性塑料在苏打水(雪碧)中浸泡60天后保持稳定,这表明它们有可能用作包装材料。”。
这些塑料也能够“在不添加抗生素的情况下彻底分解,突显了该系统的稳健性。”
虽然这项研究只是一个概念证明,但它是解决日益严重的塑料污染问题的一个有趣的解决方案。
在过去的二十年左右的时间里,塑料制造业翻了一番,但与此同时,塑料制品对环境造成的问题有多大,这一点变得非常清楚。
CAS的团队希望他们的新技术有一天能激发出可持续的、可生物降解的材料,这些材料在使用一次后几个世纪都不会污染我们的地球。
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