科學家偶然發現突變酶，可幫助微生物加速分解塑料廢物

4月17日，科學家在美國國家科學院院刊《PNAS》上發表論文，指出人類偶然地創造出一種突變酶，能夠吞食塑料廢物。

這些酶首先在日本被發現，研究人員在一家塑料回收工廠的土壤中找到了這種隱藏的微生物。它們已經能夠依靠吞食塑料瓶來生存。

這一發現最早於2016年公布，不過現在科學家有了更進一步的突破。在研究日本的這些微生物如何分解塑料時，他們意外地創造出了一種超越天然細菌的突變酶。通過進一步的調整，這很可能會為困擾人類已久的塑料污染問題提供解決方案。

英國朴茨茅斯大學的結構生物學家約翰·麥吉漢表示：「偶然性在基礎科學研究中經常發揮重要作用，我們在這裡的發現也不例外。對於這一意料之外的發現，還有著進一步改進這些酶的空間，使我們更接近解決那些堆成山的廢棄塑料的終極方法。」

該研究團隊還包括美國能源部國家可再生能源實驗室（NREL）的研究人員，在調查PETase（即幫助日本微生物分解PET塑料的酶）的晶體結構時偶然發現了它們的突變。

PET即聚對苯二甲酸類塑料，它在20世紀40年代獲得專利。而在日本發現的微生物Ideonella sakaiensis則可以吃掉這些塑料。

地球上塑料污染的可謂巨大而嚴重的問題。數十億噸廢棄物堆放在垃圾填埋場，併流入我們的海洋，甚至威脅很多海洋生物，進而破壞整個生態系統。

原本對於PET塑料來說，需要幾個世紀的時間才能自然分解。而在這種突變酶的幫助下，細菌只需要幾天的時間就能將這些塑料處理掉。這無疑令人振奮不已。

研究人員介紹：「經過96小時後，我們可以通過電子顯微鏡清楚地看到PETase降解了PET塑料。目前我們正在使用海洋和垃圾填埋場中的實地樣本材料進行測試。」

為了檢測PETase在分子水平的效率，該團隊使用X射線生成了酶的超高解析度3D模型，揭示了PETase活性部位的真面目——正是這使其能夠抓住並分解PET靶標。同時，他們得以研究這種機制如何能夠進行改進。

「理解這種生物催化劑的內部運作，為我們提供了設計更高效酶的藍圖。」麥吉漢說。

研究人員假設PETase酶必須在PET存在的條件下生成。他們促使PETase酶的活性位點發生變異，以確定這樣做是否能夠形成另一種稱為角質酶的物質。

意想不到的是，這一調整最終表明酶在分解塑料方面仍可以進一步優化。

「令人驚訝的是，我們發現PETase突變體在降解PET塑料方面勝過原生的PETase酶，」材料科學家尼克介紹，「利用計算工具來了解PET在PETase催化部位如何被『對待』，有助於解釋其性能得到改善的原因。鑒於這些結果，很明顯這種活動還有很大的改善潛力。」

儘管迄今為止，突變型PETase酶在分解塑料方面比天然酶只高出約20％的效率，但研究團隊指出，最重要的是我們現在知道了這些酶可以被優化和增強。

這意味著未來的工程設計版本能夠更好地對塑料進行咀嚼，甚至可能幫助我們回收其他類型的材料。

當然，這些創新可能需要一段時間才能被投入實際應用，消除人類已經積累數十億噸的塑料。但至少我們已經有了這樣一個方向，利用科學與自然的結合，去解決我們生產的非自然材料。

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