一物降一物？废水中的“食塑菌”| 海洋与湿地·减塑捡塑观察

作者：中国绿会发布时间：2024-10-21

本文来源于“海洋与湿地”（OceanWetlands）：
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研究人员长期以来一直观察到一种常见的环境细菌，丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)，它们生长在城市河流和污水系统中散落的塑料上。但是，这些单胞菌究竟在做什么却是未知的。日前，美国西北大学的研究人员发现，这种细菌可将塑料咀嚼成小块，然后它们分泌一种特殊的酶来进一步分解塑料，最后细菌利用塑料中的碳原子环作为食物来源。

废物很多时候污染了饮用水并危害了野生动物，而这一发现为开发基于细菌的工程解决方案开辟了新的可能性，可帮助清理难以清除的塑料废物。研究发表于《环境科学与技术》。

研究人员表示：“研究首次系统地展示了废水中的细菌可以以塑料为原料，使其变质、破碎、分解并用作碳源。研究还发现了一种负责分解塑料材料的关键酶。这可以被优化和利用，以帮助消除环境中的塑料。”

这项新研究建立在之前的Comamonas testosteroni代谢分解植物和塑料分解产生的简单碳的机制的研究基础上。在新的研究中，研究团队再次研究了C. testosteroni，它生长在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）上，这是一种通常用于食品包装和饮料瓶的塑料。因为PET不易分解，所以它是塑料污染的主要来源。

“值得注意的是，PET塑料占全球塑料使用量的12%，它占废水中微塑料的50%。”研究人员说。

【原创图片】河流中的塑料污染。摄影：炎波（绿会志愿者）

与生俱来降解塑料的能力

为了更好地了解C. testosteroni是如何与塑料相互作用并以塑料为食的，研究团队从废水中分离出细菌，并将其培养在PET薄膜和颗粒上，随后观察塑料材料的表面如何随时间变化。他们检查了细菌周围的水，寻找塑料被分解成更小的纳米级碎片的证据；并观察了细菌内部，以确定细菌用来帮助降解PET的工具。

研究人员说:“在细菌存在的情况下，微塑料被分解成微小的塑料纳米颗粒，我们发现废水中的细菌有一种与生俱来的能力，可以将塑料一直降解到单体，这些单体是连接在一起形成聚合物的小构件。这些小单位是细菌可以用来生长的生物可利用碳源。”

在确认C. testosteroni确实可以分解塑料后，研究人员通过可以测量细胞内所有酶的组学技术，发现了细菌在接触 PET 塑料时表达的一种特定酶。值得注意的是，通过对比研究发现，没有这种酶，细菌降解塑料的能力就会丧失或显著减弱。

塑料在水中的变化

研究人员认为这一发现可能会被用于环境解决方案，同时这一新知识可以帮助人们更好地了解塑料在废水中的演变过程。

“废水是微塑料和纳米塑料的巨大储存库，大多数人认为纳米塑料进入污水处理厂时就是纳米塑料。但研究展示出纳米塑料可以在废水处理过程中通过微生物活动形成。这是我们需要注意的，因为我们正试图了解塑料从废水到接收其的河流和湖泊的整个过程中的行为。”研究人员说。

这项研究的意义超越了生物修复。这为塑料在废水环境中的演变提供了见解。这项研究表明，废水处理过程中的微生物活动是纳米塑料的主要贡献者，而不是许多人认为的纳米塑料在进入废水处理厂时已经碎裂。这种细菌降解塑料的能力，可能会改变我们创造可持续环境所做的努力。

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编译 | Sara

审核 | Daisy
排版 | 绿叶

【研究原文】
Mechanisms of Polyethylene Terephthalate Pellet Fragmentation into Nanoplastics and Assimilable Carbons by WastewaterComamonas
Wilkes R A, Zhou N, Carroll A L, et al. Mechanisms of Polyethylene Terephthalate Pellet Fragmentation into Nanoplastics and Assimilable Carbons by Wastewater Comamonas[J]. Environmental Science & Technology, 2024.
【参考资料】
https://news.northwestern.edu/stories/2024/10/wastewater-bacteria-can-breakdown-plastic-for-food/
https://www.labmanager.com/wastewater-bacteria-can-breakdown-plastic-for-food-32936
https://www.earth.com/news/wastewater-bacteria-break-down-plastic-waste-for-food/
https://www.britishwaterfilter.com/wastewater-bacteria-break-down-plastic-for-food-pioneering-pollution-solution-tun-2/