研究人员已经发现并改造出一种酶，它可以消化和消耗一些最常见的污染塑料，这为回收利用和对抗污染带来了希望。
塑料污染是全球面临的最大环境挑战，而解决这一问题的最佳方案至今仍未找到。大多数塑料由石油或天然气制成，这些都是不可再生资源，其开采和加工都需要高能耗技术。因此，塑料的生产制造本身就对脆弱的生态系统造成了极大的破坏。塑料的销毁（主要通过焚烧）会导致空气、水和土壤污染。过去70年生产的塑料中，约有79%被丢弃，要么进入垃圾填埋场，要么流入自然环境，只有约9%被回收利用，其余的都被焚烧。焚烧过程会使体弱的工人接触到包括致癌物质在内的有毒化学物质。据称，海洋中含有约51万亿个微塑料颗粒，正在缓慢地减少海洋生物的数量。一些塑料微粒会随风飘散，造成污染，我们很可能正在吸入这些微粒。上世纪 60 年代，谁也无法预料到塑料的出现和普及有一天会成为一种负担，我们美丽的海洋、空气中会漂浮着大量的塑料垃圾，而我们珍贵的土地上也会发现大量的塑料垃圾被倾倒。
塑料包装是塑料使用中最大的威胁，也是最腐败的用途。但问题在于，塑料袋无处不在，几乎被用于任何用途，而且对其使用缺乏监管。这种合成塑料无法生物降解，只会堆积在垃圾填埋场，加剧环境污染。虽然已经有人提出“全面禁用塑料”的倡议，特别是针对包装中使用的聚苯乙烯泡沫塑料，但这些倡议并未取得预期效果，因为塑料仍然广泛存在于陆地、空气和水中，并且还在不断增加。可以说，塑料可能并非总是肉眼可见，但它却无处不在！令人遗憾的是，我们目前仍无法解决塑料的回收和处理问题。
美国国家科学院院刊（PNAS）发表的一项研究中，研究人员发现了一种能够分解塑料的天然酶。这一发现纯属偶然，当时他们正在日本一家回收中心对即将回收的废弃物进行酶结构分析。这种名为Ideonella sakaiensis 201-F6的酶能够“吞噬”或“分解”专利塑料PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯），PET是目前最常用的塑料瓶材料，年产量达数百万吨。该酶能够帮助细菌降解塑料，将其作为食物来源。目前PET尚无有效的回收利用方案，PET塑料瓶会在环境中存在数百年之久。这项由朴茨茅斯大学和美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）的研究团队共同完成的研究，为PET的回收利用带来了巨大的希望。
最初的目标是确定这种天然酶（称为PETase）的三维晶体结构，并利用这些信息来了解该酶的确切作用机制。他们使用强度比太阳高10亿倍的X射线束来解析其结构并观察单个原子。如此强大的射线束使得研究人员能够了解酶的内部运作机制，并为设计更快、更高效的酶提供了正确的蓝图。研究发现，PETase与另一种名为角质酶的酶非常相似，但PETase具有一个特殊的结构和一个更“开放”的活性位点，据推测，该位点可以容纳人造聚合物（而非天然聚合物）。这些差异立即表明，PETase可能进化得更高级，尤其是在含PET的环境中，因此能够降解PET。研究人员对PETase的活性位点进行了突变，使其更像角质酶。接下来的结果完全出乎意料：PETase突变体降解PET的能力甚至优于天然PETase。因此，在研究和尝试提升天然酶性能的过程中，研究人员意外地改造出一种新型酶，其分解PET塑料的能力甚至优于天然酶。这种酶还能降解聚呋喃二甲酸乙二醇酯（PEF），一种PET塑料的生物基替代品。这为研究其他底物（例如PEF（聚呋喃二甲酸乙二醇酯）甚至PBS（聚丁二酸丁二醇酯））带来了希望。酶工程和进化工具可以不断应用于进一步的改进。研究人员正在探索如何改进这种酶，使其功能能够应用于高效的大规模工业生产体系。该工程过程与目前用于生物洗涤剂或生物燃料生产的酶非常相似。这项技术已经存在，因此在未来几年内实现工业化应用应该不成问题。
需要进一步研究以了解本研究的某些方面。 首先，酶将较大的塑料碎片分解成较小的碎片，因此它确实支持塑料瓶的回收利用，但所有这些塑料都需要首先回收。 这种“较小”的塑料回收后可用于将它们变回塑料瓶。 这种酶不能真正在环境中“自行寻找塑料”。 一个提议的选择是将这种酶植入一些细菌中，这些细菌可以在承受高温的同时开始以更高的速度分解塑料。 此外，仍需要了解这种酶的长期影响。
这种创新方案若能有效应对塑料垃圾问题，其影响将在全球范围内产生深远影响。自塑料问世以来，我们一直在努力解决塑料污染问题。如今，法律禁止使用一次性塑料制品，再生塑料也越来越受欢迎。就连超市禁止使用塑料购物袋这样的小举措也频频见诸报端。关键在于，如果我们想要保护地球免受塑料污染，就必须迅速行动。虽然我们必须在日常生活中坚持回收利用，并鼓励我们的孩子也这样做，但我们仍然需要一个能够与我们个人努力相辅相成的长期解决方案。这项研究标志着我们着手解决地球面临的最大挑战之一的开端。
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来源（S）
Harry P 等人，2018。《塑料降解芳香族聚酯酶的表征与工程改造》。《美国国家科学院院刊》。https ://doi.org/10.1073/pnas.1718804115
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