高效生物降解系统可“吃掉”塑料

文章来源：中国石油和化工网发布时间：2016-11-22

喝完丢弃的矿泉水瓶、海洋里的塑料垃圾等等，这些随处可见的废弃塑料是大自然中难以被降解的顽固垃圾，威胁着地球的环境。

喝完丢弃的矿泉水瓶、海洋里的塑料垃圾等等，这些随处可见的废弃塑料是大自然中难以被降解的顽固垃圾，威胁着地球的环境。传统塑料垃圾的处理方法需要高温集中处理，能耗高、效率低，还会造成二次污染。有没有更好方法?有，细菌可以“吃掉”它们。这就是天津大学化工学院本科生团队的研发成果：基于混菌体系的高效塑料生物降解系统。日前，该研究成果获得2016国际遗传工程机器设计竞赛(iGEM)金奖及最佳环境项目单项奖提名。

混菌系统是一种人工设计的细菌组织方式，就像细菌的“小社会”，让不同菌种各司其职。系统中的一部分细菌把塑料中的大分子降解成小分子，另一部分细菌再把小分子或吸收

掉或转变为其他有益物质。项目团队成员在项目初期信心满满：“只要把细菌基因编辑，加入我们要的遗传序列，然后不同菌株混在一起就好了!”但是人不能直接和细菌“沟通”，没有办法告诉细菌什么时候应该表现出人工设计的功能;而且不同菌种生存能力有天壤之别，往往优势菌种会抢夺其他菌种营养物质，把其他菌种全部清除，造成“一家独大”。该学生团队通过上百组混菌实验不断摸索细菌培养条件，最终成功研发出了一个可以让各个不同菌种“和平

共处”的混菌系统。他们在混菌系统中巧妙地设计了一种代谢路径，降低了菌与菌之间争夺营养物质的竞争，实现了混菌系统的稳定。该混菌系统可以完全降解生活常见塑料——聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。只需要把该混菌体系释放到自然界，它们就会高效地分解原来千百年都不会发生明显变化的聚酯塑料。该研究成果在未来可以实现塑料垃圾的就地分解。

为了更快地降解塑料，该学生团队还应用基因编辑技术对降解塑料的关键——PETase

酶进行了定点改造，成功提高了这种酶分解塑料的效率。除此之外，学生们还创造性地运用了无细胞培养(CELL-FREE)技术，通过把细胞里的物质放到试管中，建立了一个和细胞一模一样的“酶生产工厂”。这样一来，大大简化了筛选PETase酶的操作步骤，大幅提高了PETase酶的生产速率。

据介绍，国际遗传工程机器设计竞赛，由麻省理工学院于2003年创办，2005年发展成为国际性学术竞赛，是合成生物学领域的顶级国际

性学术竞赛。合成生物学是近年来新兴研究领域，每年大赛参赛队伍的相关研究成果都受到如：《科学》、《自然》、《科学美国人》、《经济学人》等期刊学术界和工业界的广泛关注，同时受到BBC等传统媒体的关注和专题报道。

该竞赛涉及生物学、计算机科学、数学等多学科，是以合成生物学为核心多学科交叉国际级科技竞赛，其理念在于鼓励大学生积极创新，用创新去改变世界。具有多学科背景的iGEM团队需要利用标准生物模块来构建基因回路、建立有效的数学模型，实现对精致复杂人工生物系统的预测、操纵和测量以完成比赛。