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研究人员针对塑料污染问题，开展塑料降解研究，发现多种降解途径，有望缓解污染。
塑料污染危机：大脑中的 “不速之客” 引发的探索
在当今时代，塑料已经成为人们生活中不可或缺的一部分，从日常用品到工业材料，塑料无处不在。然而，其带来的污染问题正逐渐成为全球性的灾难。每年，超过 4.6 亿吨塑料被生产出来，约 2000 万吨最终流入环境 。这些塑料在自然环境中难以彻底分解，会逐渐破碎成越来越小的碎片，最终形成微塑料（长度小于 5 毫米）和纳米塑料（长度小于 1 微米）。这些微小的塑料颗粒如同隐匿的 “杀手”，悄无声息地侵入了人体的各个角落，在肺、胎盘、血液中都能发现它们的踪迹。
更令人担忧的是，近期一项发表在《Nature Medicine》上的研究发现，人体大脑组织样本中也存在大量微塑料，且 2024 年样本中的含量比 8 年前高出许多，大脑中的塑料含量是肝脏和肾脏等组织的 7 到 30 倍 。这一发现如同一颗重磅炸弹，引发了科学界的广泛关注。虽然目前微塑料对人体健康的影响尚不明确，但如此高浓度的塑料存在于大脑中，无疑给人类健康敲响了警钟。
为了解决塑料污染这一严峻问题，众多研究人员积极投身于相关研究中。此次虽未明确具体研究机构，但研究方向聚焦于寻找塑料降解的有效方法，相关成果发表在《Nature Biotechnology》上，为解决塑料污染困境带来了新的曙光。
主要技术方法
研究人员主要采用了两种关键技术方法。一是挖掘现有宏基因组数据库，从中寻找能够产生塑料降解酶的微生物；二是利用蛋白质设计算法如 AlphaFold 和生成式人工智能（AI），通过机器学习算法对降解酶进行设计和优化。同时，还运用基因工程技术，将 PET 水解酶基因导入细菌，使其能够表达相应的代谢途径来降解塑料。
研究结果
- 塑料降解微生物的探寻：自 2016 年发现第一种能够分解塑料的细菌后，研究人员一直在寻找其他能降解常见塑料的微生物，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二酯（PET） 。这些微生物产生的酶可降解塑料，不过由于塑料是相对较新的材料，多数微生物还未进化出高效的降解途径，能降解特定塑料的微生物较为罕见。但通过挖掘宏基因组数据库和培养塑料垃圾场的细菌，研究人员还是发现了一些能降解多种塑料的微生物，如初创公司 Breaking 发现的微生物 X-32。
- 工程微生物的应用探索：将工程微生物添加到水道中并非易事，因其往往难以适应环境而很快被淘汰。近期研究表明，可对环境中的原生细菌进行改造，使其通过细菌间自然的遗传物质转移，表达能成功降解塑料垃圾的代谢途径 。研究人员设计携带 PET 水解酶基因的质粒，将其转移到附近的原生细菌中，实现对塑料的降解。
- 酶设计技术的助力：蛋白质设计算法和生成式 AI 在塑料降解领域发挥了重要作用。以降解 PET 的酶为例，机器学习算法推动了该领域的快速发展，已经利用这些算法设计出了强大且活性高的 PET 水解酶 。此外，通过生成式机器学习进行从头酶设计，有望开发出自然界尚未进化出的、能降解多种塑料的酶。还有研究人员提出直接向塑料污染区域添加塑料降解酶，法国生物技术公司 Carbios 就利用分离出的微生物酶来分解 PET，并通过引入一系列突变加快了降解过程，能在 10 小时内使 90% 的 PET 解聚。
研究结论与讨论
这项研究为塑料降解提供了多种可行的途径，无论是发现新的塑料降解微生物，还是利用基因工程和先进算法优化降解酶，都为解决塑料污染问题带来了希望。然而，目前仍面临诸多挑战。环境和人体中的微塑料经过自然过程的风化和转化，与实验室中使用的未改性、化学性质均一的微塑料和纳米塑料结构可能不同，实验室开发的酶对更复杂多样的聚合物是否有效还有待验证。同时，将塑料降解酶大规模应用还存在瓶颈，如基于细胞的方法难以扩大规模，培养的细菌在大型生物反应器中的行为不同，且大多数塑料表面疏水，不利于酶和微生物附着 。
尽管如此，随着越来越多的研究表明微塑料与人类疾病（如神经退行性疾病、炎症性肠病和心脏病 ）之间存在关联，监管机构和资助者应重视起来，加大对相关研究的支持力度。从长远来看，人类不仅要大幅减少塑料的使用和生产，还要持续探索更高效的塑料降解方法，以解决多年来积累的塑料垃圾问题。或许，大脑中微塑料的发现能成为推动政策改变的关键因素，促使全球共同努力，应对塑料污染这一严峻挑战，为人类和地球的未来创造一个更清洁、更健康的环境。
