热带真菌Lasiodiplodia iranensis降解聚氨酯和聚乙烯的代谢途径解析及其生物修复潜力

针对塑料污染治理难题，中国科学院研究人员通过代谢组学分析揭示了热带真菌Lasiodiplodia iranensis降解聚氨酯(PU)和聚乙烯(PE)的分子机制。研究发现该真菌对PU降解率达11.05%，并激活了酶合成、金属离子螯合等代谢通路；对PE则主要触发应激响应通路。鉴定出的51种(PU)和63种(PE)差异代谢物及水解/氧化酶系为塑料生物降解提供了新策略。

　　

塑料污染已成为全球性环境危机，每年超过4亿吨的塑料产量中，近70%最终进入自然环境。聚氨酯(PU)和聚乙烯(PE)作为占比达35%的主要塑料污染物，在环境中可存续数百年。传统处理方法如填埋和焚烧不仅效率低下，还会产生二次污染。在此背景下，中国科学院的研究团队在《International Biodeterioration》发表论文，首次系统解析了热带真菌Lasiodiplodia iranensis降解PU和PE的代谢机制。

研究采用多组学联用技术：通过扫描电镜(SEM)观察塑料表面形态变化，凝胶渗透色谱(GPC)测定分子量变化，傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析化学键断裂，并结合LC-MS非靶向代谢组学鉴定差异代谢物。实验样本采用从昆明植物研究所真菌学实验室获取的L. iranensis菌株(ZHKUCC 22-0282)。

【Evaluation of Lasiodiplodia iranensis degradative activity】
SEM显示真菌在PU表面形成密集生物膜并产生明显孔洞，60天内使PU失重11.05%、分子量降低23.7%，而PE仅失重0.53%。FTIR证实PU的酯键(C=O)和氨基甲酸酯键(N-H)断裂，表明水解酶主导降解过程。

【The fungus can attach and form biofilm】
代谢组学鉴定出51种(PU)和63种(PE)差异代谢物，其中30种为共有代谢物。PU组显著上调2-氧代精氨酸、脯氨酸等氮源代谢物，激活克雷布斯循环中间体；PE组则富集抗氧化剂和膜完整性相关代谢物。

【Discussion】
研究揭示PU降解依赖酯酶/脂肪酶/角质酶水解网络，而PE因结晶度高主要引发真菌应激反应。关键代谢物如己二酸和苯甲酸的检出证实了PU的β-氧化途径。

【Conclusion】
该研究不仅阐明真菌降解塑料的代谢重编程机制，更发现L-缬氨酸等代谢物可同时作为碳氮源和酶合成前体。研究成果为开发基于真菌酶系的生物修复技术提供了理论依据，对实现"碳中和"目标具有重要应用价值。