這些酶首先在日本被發(fā)現(xiàn)，研究人員在一家塑料回收工廠的土壤中找到了這種隱藏的微生物。它們已經(jīng)能夠依靠吞食塑料瓶來生存。

這一發(fā)現(xiàn)最早于2016年公布，不過現(xiàn)在科學(xué)家有了更進(jìn)一步的突破。在研究日本的這些微生物如何分解塑料時，他們意外地創(chuàng)造出了一種超越天然細(xì)菌的突變酶。通過進(jìn)一步的調(diào)整，這很可能會為困擾人類已久的塑料污染問題提供解決方案。

英國樸茨茅斯大學(xué)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)家約翰·麥吉漢表示：“偶然性在基礎(chǔ)科學(xué)研究中經(jīng)常發(fā)揮重要作用，我們在這里的發(fā)現(xiàn)也不例外。對于這一意料之外的發(fā)現(xiàn)，還有著進(jìn)一步改進(jìn)這些酶的空間，使我們更接近解決那些堆成山的廢棄塑料的終極方法?！?/span>

該研究團(tuán)隊還包括美國能源部國家可再生能源實驗室（NREL）的研究人員，在調(diào)查PETase（即幫助日本微生物分解PET塑料的酶）的晶體結(jié)構(gòu)時偶然發(fā)現(xiàn)了它們的突變。

PET即聚對苯二甲酸類塑料，它在20世紀(jì)40年代獲得專利。而在日本發(fā)現(xiàn)的微生物Ideonella sakaiensis則可以吃掉這些塑料。

地球上塑料污染的可謂巨大而嚴(yán)重的問題。數(shù)十億噸廢棄物堆放在垃圾填埋場，并流入我們的海洋，甚至威脅很多海洋生物，進(jìn)而破壞整個生態(tài)系統(tǒng)。

原本對于PET塑料來說，需要幾個世紀(jì)的時間才能自然分解。而在這種突變酶的幫助下，細(xì)菌只需要幾天的時間就能將這些塑料處理掉。這無疑令人振奮不已。

研究人員介紹：“經(jīng)過96小時后，我們可以通過電子顯微鏡清楚地看到PETase降解了PET塑料。目前我們正在使用海洋和垃圾填埋場中的實地樣本材料進(jìn)行測試。”

為了檢測PETase在分子水平的效率，該團(tuán)隊使用X射線生成了酶的超高分辨率3D模型，揭示了PETase活性部位的真面目——正是這使其能夠抓住并分解PET靶標(biāo)。同時，他們得以研究這種機(jī)制如何能夠進(jìn)行改進(jìn)。

“理解這種生物催化劑的內(nèi)部運作，為我們提供了設(shè)計更高效酶的藍(lán)圖。”麥吉漢說。

研究人員假設(shè)PETase酶必須在PET存在的條件下生成。他們促使PETase酶的活性位點發(fā)生變異，以確定這樣做是否能夠形成另一種稱為角質(zhì)酶的物質(zhì)。

意想不到的是，這一調(diào)整最終表明酶在分解塑料方面仍可以進(jìn)一步優(yōu)化。

“令人驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)PETase突變體在降解PET塑料方面勝過原生的PETase酶，”材料科學(xué)家尼克介紹，“利用計算工具來了解PET在PETase催化部位如何被‘對待’，有助于解釋其性能得到改善的原因。鑒于這些結(jié)果，很明顯這種活動還有很大的改善潛力?！?/span>

盡管迄今為止，突變型PETase酶在分解塑料方面比天然酶只高出約20％的效率，但研究團(tuán)隊指出，最重要的是我們現(xiàn)在知道了這些酶可以被優(yōu)化和增強(qiáng)。

這意味著未來的工程設(shè)計版本能夠更好地對塑料進(jìn)行咀嚼，甚至可能幫助我們回收其他類型的材料。

當(dāng)然，這些創(chuàng)新可能需要一段時間才能被投入實際應(yīng)用，消除人類已經(jīng)積累數(shù)十億噸的塑料。但至少我們已經(jīng)有了這樣一個方向，利用科學(xué)與自然的結(jié)合，去解決我們生產(chǎn)的非自然材料。