意外创造出突变酶 塑料垃圾污染终于有了克星?
栏目:聚丙烯材料 发布时间:2017-11-24 03:36
2018-04-21 15:48:00中国水产养殖网出处:红星新闻浏览量: 2700 次我要评论 白色污染,也就是塑料垃圾污染,已经成为了地球上最严重的环境污染危机之一。由于塑料袋、一次性餐盒、塑...

  2018-04-21 15:48:00中国水产养殖网出处:红星新闻浏览量: 2700 次我要评论

  白色污染,也就是塑料垃圾污染,已经成为了地球上最严重的环境污染危机之一。由于塑料袋、一次性餐盒、塑料瓶等生活塑料制品是由聚苯乙烯、聚丙烯等高分子化合物制成,属于大分子链聚合物,难以被降解处理。一个被丢弃在自然环境中的塑料瓶需要至少20年,甚至上百年的时间才能完成降解过程。近年来,不断有研究报告指出,塑料污染已经开始渗透生活中的衣食住行。

  近日,一项发布在《美国国家科学院学报》上的研究成果,为人类战胜塑料垃圾污染,带来了新的曙光:科学家意外创造出的一种快速降解PET塑料的突变酶,很有可能将成为塑料瓶等白色垃圾的终结者。

  此次发现的塑料降解突变酶,是由日本发现的一种细菌改进而来的生物催化剂。2016年,日本科学家在日本港口城市堺市的一个废弃场的沉积物中,发现了一种能“吃”PET的细菌菌株。研究人员认为这种Ideonellasakaiensis细菌,是在自然环境中为了“吃”塑料进化而来的。在29摄氏度的温度环境中,这种细菌可以在短短六周内分解一层PET膜。

  这一发现让科学家们欣喜不已,毕竟PET属于人造材料,在过去的50年才开始大规模使用。因此,对于自然环境中的细菌而言,在如此短的时间就能进化到消化人造材料,是十分罕见的。他们普遍认为,这种菌株或许是能够解决塑料污染的潜在方式。

  而这一发现带来的惊喜远不止于此。据英国《独立报》4月16日报道,英国朴茨茅斯大学生物学教授约翰·麦吉汉的团队在试图验证这一说法的过程中,很偶然地创造出了一种分解效率更显著的新型“超动力”塑料降解酶。

  原本,这个由约翰·麦吉汉教授与美国能源部国家再生能源实验室化学工程师格雷格·贝克汉姆领导的国际团队,只是准备着手研究这种酶与PET相遇后是如何进化的。据BBC报道,科学家利用金刚石X射线,创建了这种降解酶的高清3D结构模型,以了解其构造。

  在经过研究分析后发现,这种天然酶还没有彻底完全优化,并且与细菌中用于降解植物角质层的酶相似。于是,他们尝试将降解酶表面的活性位点突变,想验证PET酶是否会因此失去降解塑料的能力。结果出人意料地导致酶突变,让其进食塑料的速度变得更快,降解效率一下提升了20%。

  相较于PET需要几百年的时间才能在环境中分解,被命名为PETase的降解酶能在短短几天内,便开始降解塑料。更令人惊喜的是,这种突变酶还能降解PET的替代品PEF(聚乙烯)。

  “意外发现常常在基础科学研究中扮演重要角色,我们这次的发现也不例外,”麦吉汉教授表示。而正是麦吉汉教授团队的这一意外发现,或将彻底改变塑料回收,使塑料从最大的祸害变身为一种有效的再生资源。

  麦吉汉教授也表示了自己的乐观态度,“这个意外的发现表明,我们有进一步改进这些酶的空间,使我们更进一步找到废弃塑料回收的解决方案。”

  塑料最早诞生于英国,而到了上世纪40年代,一种名为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)的塑料材质获得专利。由于重量轻、无色、结实,PET开始被广泛使用,塑料制品开始飞快占据人类生活的各个角落。塑料,是最广泛使用的人造材料,由于价格低廉、易于生产、可塑性强,从瓶装水、塑料袋、合成服装面料、手机壳、家电及房屋建造的各个生活领域都有塑料的存在。

  然而,美国加州大学圣芭芭拉分校的罗兰德·盖尔教授在其发表于美国《科学进步》期刊上的论文中指出,自1950年塑料被大规模生产后,到2015年间,全球仅有7.2%的塑料被回收利用,其余大部分都被随手丢弃了。

  其中,塑料瓶已经成为了最为常见的白色垃圾。据英国《卫报》报道,近年来,塑料瓶的使用量仍在迅速增长。仅2016年一年的时间,全球塑料瓶消费量达到4800亿个,而十年前这一数字约为3000亿。而到2020年,塑料瓶使用量将达到每年5883亿个,相当于全球每秒消费2万个塑料瓶,远超其回收利用的效率,全球自然环境面临着塑料污染的危害。

  这样的结果,导致海洋正逐渐变为人类的巨型垃圾场。据《华盛顿邮报》报道,目前至少有5万亿件塑料垃圾正漂浮在全球的海域中。然而,这还只是初步估算结果,更多在洋流及太阳作用下被降解为微型颗粒的塑料垃圾无法纳入统计。预估到2050年,海洋中塑料废物将和鱼的数量一样多。

  根据一项为期3年的最新科学统计预估,在美国加州与夏威夷之间的海域,有近8万吨的塑料已堆积形成了一个“泛太平洋垃圾带”,收集的垃圾样本日期从1977年到2010年皆有。研究人员指出,这一数字是之前报道的16倍,这意味着塑料污染正在以比水流更快的速度增长。

  而这些漂浮的垃圾对水生生物构成了严重威胁,一些海龟、鸟类错误地将塑料当成食物,导致消化系统受到阻塞而死。另一个更为严重的后果则是,随着时间的推移,这些塑料垃圾一面吸附海水中的有毒成分,一面降解成更微小的塑料碎片甚至塑料分子,随后被海洋生物吃掉,最终随着食物链上移逐渐进入人类的食物链中。这些被人类乱扔乱弃的塑料垃圾,正在通过自然界循环,回到人类的体内,危害着每一个人的健康。

  这并非危言耸听,此前的一项英国研究发现,从海里捕捞的鱼中,有三分之一体内都含有塑料微粒。而一项德国研究发现,测试的24个牛肉品牌中全都含有塑料纤维和碎片,一些蜂蜜和糖里同样也发现这些物质的存在。

  因此,这次麦吉汉教授团队的发现,无疑是人类环保史上的重要里程碑。伦敦帝国理工学院的化学工程师NilayShah教授表示,这将是一项非常有用的技术,可以支持塑料的回收和循环利用。尽管在这些酶被广泛应用于回收行业之前,还有很长的路要走。但这一发现具有重大意义,让人类在与塑料污染的抗争中,迈出了令人兴奋的一大步。

  目前,团队已经开始着手进一步改善降解酶结构,希望它们可在更短时间内分解PET塑料,并能用于降解其他的塑料材料。根据麦吉汉教授的预想,一旦这种酶能将塑料聚合物还原成单体,塑料的回收率将大大提升,同时还能降低人类生产活动对石油原料的需求。