电刺激强化希瓦氏菌降解聚丁二酸丁二醇酯：生物电化学策略的突破与应用

本文创新性地利用工程化希瓦氏菌（Shewanella oneidensis MR-1）表达脂肪酶（TGL），结合微生物燃料电池（MFC）和生物电化学系统（BES）技术，首次实现了电流辅助增强生物可降解塑料（PBS/PCL/PBAT）的高效降解，为生物塑料的环境治理提供了突破性的电微生物协同降解策略。

　　

亮点

尽管可生物降解塑料的开发旨在减轻传统塑料的环境影响，但其时效性降解仍然是一个挑战。本研究通过基因工程手段，让Shewanella oneidensis MR-1 表达来自Bacillus sp. JY35 的三酰基甘油脂肪酶（TGL），尝试采用电辅助方法加速生物塑料的降解。我们对工程菌株降解生物塑料（如聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚己内酯（PCL）和聚己二酸-对苯二甲酸丁二酯（PBAT））的能力进行了评估。透明圈实验证实了工程菌株的降解活性，而野生型S. oneidensis MR-1 则不具备该能力。我们在有氧条件、微生物燃料电池（MFCs）中的微需氧条件以及生物电化学系统（BESs）中评估了PBS薄膜的降解情况。工程菌株在有氧条件下表现出4.2%的降解率，在MFC运行14天后降解率达到24.7%，而野生型菌株则没有 measurable 的降解。值得注意的是，在外部电子供应的BES运行模式下，PBS降解得到进一步增强，实现了41.2%的降解率。这些结果凸显了生物电化学策略通过向工程化电活性菌补充电子来促进生物塑料降解的潜力。

结论

日益增长的塑料废弃物环境负担凸显了对有效微生物降解策略的需求。本研究证明，通过工程化改造表达TGL的S. oneidensis MR-1能够降解PBS，并且与有氧条件和MFC条件相比，电力补充显著提高了降解效率。透明圈实验证实，野生型S. oneidensis MR-1缺乏降解PBS、PCL或PBAT的能力，而表达TGL的工程菌株则形成了明显的透明圈，表明其具备降解这些聚合物的能力。在外部电流供应的BES中，PBS降解得到最大程度的增强，降解率达到41.2%，这凸显了生物电化学方法在促进生物塑料降解方面的潜力。未来的研究应探索其他水解酶与电活性细菌的结合，以拓宽可降解塑料的范围，并优化BES操作参数以进一步提高降解效率。这种方法为管理塑料废弃物和减轻环境污染提供了一种可持续的解决方案。