发现微生物可以在低温下消化塑料

研究人员在阿尔卑斯山的高海拔地区和极地地区发现了微生物菌株，可以在低至15°C（59°F）的温度下分解可生物降解的塑料。这些微生物存在于高山和北极土壤的塑料圈中，可以为回收塑料提供更具成本效益和环保的方法。研究小组研究了19种细菌菌株和15种真菌，发现其中相当一部分可以降解某些类型的塑料。最成功的菌株是两种未表征的真菌物种。下一步将是确定能够降解塑料的特定酶，并优化其生产和稳定性。

寻找、培养和生物工程能够消化塑料的生物不仅有助于消除污染，而且现在也是一门大生意。已经发现了几种可以做到这一点的微生物，但是当它们使这成为可能的酶以工业规模应用时，它们通常只能在30°C（86°F）以上的温度下工作。所需的加热意味着工业应用迄今为止仍然昂贵，并且不是碳中和的。但是这个问题有一个可能的解决方案：找到专门的冷适应微生物，其酶在较低的温度下工作。

瑞士联邦研究所WSL的科学家知道在哪里寻找这种微生物：在他们国家的阿尔卑斯山的高海拔地区，或在极地地区。他们的研究结果发表在《微生物学前沿》杂志上。

“在这里，我们表明，从高山和北极土壤的'塑料层'获得的新型微生物分类群能够在15°C下分解可生物降解的塑料，”第一作者Joel Rüthi博士说，他目前是WSL的客座科学家。“这些生物可以帮助降低塑料酶回收过程的成本和环境负担。

Rüthi及其同事对格陵兰岛，斯瓦尔巴群岛和瑞士的自由放置或故意埋藏的塑料（在地下保存一年）上生长的19种细菌菌株和15种真菌进行了采样。斯瓦尔巴群岛的大部分塑料垃圾都是在2018年瑞士北极项目期间收集的，学生们在那里进行了实地考察，亲眼目睹了气候变化的影响。来自瑞士的土壤是在格劳宾登州的Muot da Barba Peider（2，979米）和Val Lavirun山谷的山顶上收集的。

科学家们让分离的微生物在黑暗和15°C的实验室中作为单株培养物生长，并使用分子技术来鉴定它们。结果表明：放线菌门和变形菌门细菌属13属，子囊菌门和黏膜菌门真菌属10属。

令人惊讶的结果

然后，他们使用一套检测方法来筛选每种菌株消化不可生物降解聚乙烯（PE）和可生物降解聚酯聚氨酯（PUR）的无菌样品以及两种市售的聚己二酸丁二醇酯（PBAT）和聚乳酸（PLA）的可生物降解混合物的能力。

即使在这些塑料上孵育126天后，没有一种菌株能够消化PE。但有19株(56%)菌株，包括11株真菌和8株细菌，能够在15℃下消化PUR，而14株真菌和3株细菌能够消化PBAT和PLA的塑料混合物。核磁共振(NMR)和基于荧光的分析证实，这些菌株能够将PBAT和PLA聚合物切成更小的分子。

“令我们非常惊讶的是，我们发现很大一部分测试菌株能够降解至少一种测试塑料，”Rüthi说。

表现最好的是Neodevriesia和Lachnellula属中两种未表征的真菌物种：它们能够消化除PE以外的所有测试塑料。结果还表明，对于大多数菌株，消化塑料的能力取决于培养基，每种菌株对测试的四种培养基的反应都不同。

消化植物聚合物能力的副作用

消化塑料的能力是如何进化的？由于塑料自1950年代才出现，因此降解塑料的能力几乎肯定不是自然选择最初针对的特征。

“微生物已被证明可以产生多种聚合物降解酶，参与植物细胞壁的分解。特别是，植物致病真菌经常被报告为生物降解聚酯，因为它们能够产生针对塑料聚合物的角质酶，因为它们与植物聚合物角质相似，“最后作者Beat Frey博士解释说，他是WSL的资深科学家和小组负责人。

挑战依然存在

由于Rüthi等人只在15°C下进行了消化测试，他们还不知道成功菌株的酶工作的最佳温度。

“但我们知道，大多数测试菌株可以在4°C至20°C之间生长良好，最佳温度约为15°C，”弗雷说。

“下一个重大挑战将是识别微生物菌株产生的塑料降解酶，并优化获得大量蛋白质的过程。此外，可能需要进一步修改酶以优化蛋白质稳定性等特性。