科学家在阿尔卑斯山和北极发现了可以在低温下消化塑料的微生物

来自瑞士的科学家已经从阿尔卑斯山和北极地区发现了19种新的适应寒冷的特殊细菌和真菌，它们可以在15°C下消化可生物降解的塑料。这种能力，如果升级到工业规模，将在回收过程中节省资金和能源

　　

寻找、培育和改造能消化塑料的生物不仅有助于消除污染，而且现在也是一项大生意。已经发现了几种可以做到这一点的微生物，但是当它们的酶在工业规模上应用时，它们通常只能在30°C以上的温度下工作。所需的加热意味着工业应用到目前为止仍然很昂贵，而且不是碳中和的。但这个问题有一个可能的解决方案:找到专门的适应寒冷的微生物，它们的酶在较低的温度下起作用。

来自瑞士联邦研究所WSL的科学家们知道在哪里可以找到这样的微生物:在他们国家阿尔卑斯山的高海拔地区，或者在极地地区。他们的研究结果发表在《微生物学前沿》杂志上。

“在这里，我们展示了从高山和北极土壤的‘塑料圈’中获得的新型微生物分类群能够在15°C下分解可生物降解的塑料，”第一作者Joel r<s:1> thi博士说，他目前是WSL的客座科学家。“这些生物可以帮助减少塑料酶回收过程的成本和环境负担。”

r 蒂和同事在格陵兰岛、斯瓦尔巴群岛和瑞士对生长在自由放置或故意埋在地下的塑料(在地下存放一年)上的19种细菌和15种真菌进行了取样。斯瓦尔巴群岛的大部分塑料垃圾都是在2018年瑞士北极项目期间收集的，学生们在那里进行了实地考察，亲眼目睹了气候变化的影响。来自瑞士的土壤是在graub      恩登州的Muot da Barba Peider山顶(2979米)和Val Lavirun山谷收集的。    

科学家们让分离出来的微生物在实验室黑暗和15°C的条件下以单株培养的方式生长，并使用分子技术来识别它们。结果表明，菌株归属于放线菌门和变形菌门13属，真菌归属于子囊菌门和粘菌门10属。

令人惊讶的结果

然后，他们使用了一套检测方法来筛选每种菌株的消化无菌样品的能力，这些样品包括不可生物降解的聚乙烯(PE)和可生物降解的聚酯-聚氨酯(PUR)，以及两种市售的可生物降解的聚己二酸丁二酯(PBAT)和聚乳酸(PLA)的混合物。

即使在这些塑料上孵育126天后，没有一种菌株能够消化PE。但有19株(56%)菌株，包括11株真菌和8株细菌，能够在15℃下消化PUR，而14株真菌和3株细菌能够消化PBAT和PLA的塑料混合物。核磁共振(NMR)和基于荧光的分析证实，这些菌株能够将PBAT和PLA聚合物切成更小的分子。

r<s:1>西说:“我们发现大部分测试菌株能够降解至少一种测试塑料，这让我们非常惊讶。”

表现最好的是两种未被鉴定的真菌，分别是Neodevriesia属和Lachnellula属:它们能够消化除PE外的所有测试塑料。结果还表明，大多数菌株消化塑料的能力取决于培养基，每种菌株对四种培养基的反应不同。

消化植物聚合物能力的副作用

消化塑料的能力是如何进化的?由于塑料是从20世纪50年代才出现的，降解塑料的能力几乎肯定不是自然选择最初针对的一种特性。

“微生物已经被证明可以产生各种各样的聚合物降解酶，这些酶参与了植物细胞壁的分解。特别是，植物致病真菌经常被报道生物降解聚酯，因为它们能够产生针对塑料聚合物的角质酶，因为它们与植物聚合物角质蛋白相似，”WSL的高级科学家和小组组长，最后一位作者Beat Frey博士解释说。

挑战依然存在

由于r  thi等人只在15°C下进行了消化测试，他们还不知道成功菌株的酶发挥作用的最佳温度。

Frey说:“但是我们知道，大多数测试菌株可以在4°C到20°C之间生长良好，最佳温度在15°C左右。”

“下一个重大挑战将是确定微生物菌株产生的塑料降解酶，并优化该过程以获得大量蛋白质。此外，可能还需要对酶进行进一步修饰，以优化蛋白质稳定性等特性。

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Discovery of plastic-degrading microbial strains isolated from the alpine and Arctic terrestrial plastisphere