综述：昆虫-微生物组系统中塑料生物降解的整合框架：机制洞察、新兴的多组学技术和酶工程视角

《Biodegradation》：Integrative frameworks for plastic biodegradation in insect–microbiome systems: mechanistic insights, emerging multi-omics and enzyme engineering perspectives

　　

摘要

由于合成聚合物（尤其是聚乙烯和聚丙烯等聚烯烃）的持久性和难以降解的特性，塑料污染仍然是一个重大的全球环境挑战。传统的管理策略，包括填埋、焚烧和化学回收，都耗能较高，且往往无法实现完全降解。生物方法提供了一个有前景的替代方案，但单独的微生物系统通常受到降解效率低、矿化不完全以及可扩展性挑战的限制。在这种背景下，昆虫-微生物组系统作为一种集成生物平台应运而生，在这种平台上，宿主生理与肠道微生物群落相互作用，以促进聚合物的转化。本综述综合了目前关于昆虫幼虫中塑料降解的研究知识，重点探讨了宿主与微生物之间相互作用的机制。证据表明，这一过程包括机械破碎、聚合物链的氧化修饰、微生物的解聚以及中间产物的代谢处理等多个步骤。然而，宿主来源的酶和肠道微生物群的相对贡献，以及真正的生物降解与部分转化的程度，仍尚未完全明确。多组学方法的进步通过将聚合物的物理化学变化与潜在的分子和代谢过程联系起来，为这些系统提供了重要的见解。同时，这些数据大多具有相关性，对特定酶作用的直接实验验证仍然有限。基于这些见解，新兴的酶工程和合成生物学策略旨在复制昆虫系统中观察到的协调、多步骤过程，以提高降解效率。本综述强调昆虫-微生物组系统是理解复杂生物降解机制和指导开发基于酶的可持续塑料废物管理综合策略的宝贵模型。

图形摘要

此图像的替代文本可能是由人工智能生成的。

由于合成聚合物（尤其是聚乙烯和聚丙烯等聚烯烃）的持久性和难以降解的特性，塑料污染仍然是一个重大的全球环境挑战。传统的管理策略，包括填埋、焚烧和化学回收，都耗能较高，且往往无法实现完全降解。生物方法提供了一个有前景的替代方案，但单独的微生物系统通常受到降解效率低、矿化不完全以及可扩展性挑战的限制。在这种背景下，昆虫-微生物组系统作为一种集成生物平台应运而生，在这种平台上，宿主生理与肠道微生物群落相互作用，以促进聚合物的转化。本综述综合了目前关于昆虫幼虫中塑料降解的研究知识，重点探讨了宿主与微生物之间相互作用的机制。证据表明，这一过程包括机械破碎、聚合物链的氧化修饰、微生物的解聚以及中间产物的代谢处理等多个步骤。然而，宿主来源的酶和肠道微生物群的相对贡献，以及真正的生物降解与部分转化的程度，仍尚未完全明确。多组学方法的进步通过将聚合物的物理化学变化与潜在的分子和代谢过程联系起来，为这些系统提供了重要的见解。同时，这些数据大多具有相关性，对特定酶作用的直接实验验证仍然有限。基于这些见解，新兴的酶工程和合成生物学策略旨在复制昆虫系统中观察到的协调、多步骤过程，以提高降解效率。本综述强调昆虫-微生物组系统是理解复杂生物降解机制和指导开发基于酶的可持续塑料废物管理综合策略的宝贵模型。

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