發(fā)現(xiàn)以塑料為“食”的海洋微生物 青島這個(gè)團(tuán)隊(duì)從海洋中找到塑料降解方案

僅僅一年時(shí)間，深耕海洋微生物研究的中國(guó)科學(xué)院海洋研究所孫超岷課題組就接連獲得兩項(xiàng)重大科研進(jìn)展?！?021年，我們首次發(fā)現(xiàn)能有效降解塑料垃圾的海洋微生物菌群。今年3月，我們?cè)俅伟l(fā)現(xiàn)并培養(yǎng)出‘升級(jí)版’海洋微生物，不僅降解能力更廣，能有效降解多種類型塑料，而且降解速率更快，兩周內(nèi)即可將一些塑料降解為碎片。”孫超岷說(shuō)。

像許多發(fā)明一樣，塑料本身并不是“壞物質(zhì)”。不過(guò)，大量塑料生產(chǎn)和廢棄正對(duì)氣候變化、自然損失和污染方面造成“三重危機(jī)”。海洋所的研究結(jié)果，有望突破多種難降解塑料的降解瓶頸，開發(fā)出環(huán)境友好型降解塑料垃圾生物制品。目前，該成果已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利保護(hù)，成果轉(zhuǎn)化正在推動(dòng)中。

發(fā)現(xiàn)以塑料為“食”的海洋微生物

在中科院海洋所實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，大大小小的透明玻璃瓶里盛著些許“水”“泥土”，排在桌子上、冷藏箱里，滿滿當(dāng)當(dāng)。孫超岷介紹，這是通過(guò)“科學(xué)”號(hào)科考船等方式獲取的第一手海洋沉底物樣品，一滴水或者一把泥里面，就有數(shù)千萬(wàn)計(jì)的海洋微生物。

其實(shí)，他們最初并沒有特別關(guān)注能夠降解塑料的海洋微生物。2016年，日本京都工藝?yán)w維大學(xué)科學(xué)家發(fā)表論文，稱在陸地上發(fā)現(xiàn)了能有效降解聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯塑料（PET）的微生物。這給孫超岷團(tuán)隊(duì)極大啟示：海洋中存在大量塑料垃圾，是否有海洋微生物能夠有效降解塑料？

帶著這種想法，他們自2016年開始從青島近海采集了上千份塑料垃圾?！八芰鲜且活惛叻肿泳酆衔锏慕y(tǒng)稱，聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PUR）及聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）等六種塑料制品是目前塑料垃圾的主要來(lái)源?！睂O超岷說(shuō)，通過(guò)對(duì)收集的塑料垃圾進(jìn)行大量篩選，他們先后發(fā)現(xiàn)了附著在塑料垃圾上的兩種海洋微生物。2021年發(fā)現(xiàn)的是一種細(xì)菌，能有效降解PET和PE兩種塑料。今年發(fā)現(xiàn)的是一種成長(zhǎng)后肉眼可見的真菌，不僅能有效降解當(dāng)前用量最大、污染最重、最難降解的PE塑料，同時(shí)對(duì)PP、PS、PVC、PUR、聚酰胺（PA）和生物可降解塑料都有明顯的降解效果。

微生物能夠降解塑料，是因?yàn)槲⑸锝?jīng)過(guò)與塑料及類似物的長(zhǎng)期共存，逐漸演化出一些能有效降解塑料的類群。孫超岷常常這樣比喻：對(duì)于很多微生物而言，你給它吃面包、米飯，他們會(huì)活得很好，但如果它們沒有那么好的生存環(huán)境，比如長(zhǎng)期生活在塑料垃圾周圍的微生物，為了生存，它們就會(huì)慢慢“進(jìn)化”，通過(guò)分泌酶類“吃”塑料，獲得額外的能量來(lái)源。

兩周內(nèi)即可將一些塑料降解為碎片

發(fā)現(xiàn)能“吃”塑料的海洋微生物，說(shuō)起來(lái)容易，過(guò)程卻充滿曲折。前兩年，孫超岷團(tuán)隊(duì)的研究工作幾乎沒有任何進(jìn)展。在發(fā)現(xiàn)能夠分解塑料的海洋微生物菌群后，團(tuán)隊(duì)又耗時(shí)約3年，剔除菌群中不起降解作用的微生物，才獲得精準(zhǔn)有效的“吃”塑料微生物?！霸谶@個(gè)篩選過(guò)程中，一遍遍重復(fù)失敗，也曾想過(guò)放棄，慶幸的是堅(jiān)持了下來(lái)?！被仡櫠嗄陙?lái)的科研經(jīng)歷，孫超岷團(tuán)隊(duì)成員、海洋所博士高蓉蓉不勝感慨。

其實(shí)，發(fā)現(xiàn)能有效降解塑料的海洋微生物已經(jīng)是一個(gè)成果，但推動(dòng)成果轉(zhuǎn)化，他們還需要解決“降解速率”的現(xiàn)實(shí)問題。一般而言，微生物降解塑料是一個(gè)非常緩慢的過(guò)程，不會(huì)立竿見影——這也是國(guó)內(nèi)外極少有課題組對(duì)此進(jìn)行研究，即便研究目前也未取得突破性進(jìn)展的原因。孫超岷團(tuán)隊(duì)此前的研究同樣顯示：發(fā)現(xiàn)的海洋微生物雖然能夠降解塑料，但需要較長(zhǎng)時(shí)間，甚至長(zhǎng)達(dá)數(shù)月。

為攻克該難題，孫超岷團(tuán)隊(duì)加快實(shí)現(xiàn)能“吃”塑料海洋微生物的純培養(yǎng)，即實(shí)現(xiàn)只在單一種類存在的狀態(tài)下所進(jìn)行的生物培養(yǎng)?！昂Ｑ笾写嬖诖罅课粗奈⑸?，我們團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)重要工作，就是基于采集的海洋樣品，在實(shí)驗(yàn)室里實(shí)現(xiàn)未知海洋微生物的純培養(yǎng)。海洋微生物若培養(yǎng)不出來(lái)，也就不可能了解它，更不可能利用它?！睂O超岷將他們海洋微生物的研究工作概況為“三部曲”：培養(yǎng)、了解和利用。

簡(jiǎn)而言之，在發(fā)現(xiàn)能夠分解塑料的“升級(jí)版”海洋微生物后，孫超岷團(tuán)隊(duì)首先實(shí)現(xiàn)了能“吃”塑料海洋微生物的純培養(yǎng)，繼而通過(guò)不斷改良培養(yǎng)條件，讓微生物加快分泌有利于降解塑料的酶種，如此大大提升了降解效率：一個(gè)月即可產(chǎn)生原來(lái)數(shù)月才能達(dá)到的降解效果，同時(shí)還拓寬了塑料降解譜，能夠有效降解PP、PS、PVC、PUR等多種塑料?！皩?duì)于PUR塑料和生物可降解塑料來(lái)說(shuō)，第二天就可以看到穿透效果，約一周時(shí)間則可實(shí)現(xiàn)完全變形、酥脆，兩周內(nèi)將其降解為碎片?！睂O超岷表示。

推動(dòng)從塑料降解到高值化生物轉(zhuǎn)化

當(dāng)前，“塑料污染已成為一種流行病?！甭?lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，世界塑料產(chǎn)量從1950年的200萬(wàn)噸飆升至2017年的3．48億噸，預(yù)計(jì)到 2040年產(chǎn)能翻一番。每年約有1100萬(wàn)噸塑料垃圾流入海洋。到2040年，這一數(shù)字可能會(huì)增加兩倍。塑料生產(chǎn)和污染正對(duì)地球這個(gè)人類賴以生存的星球在氣候變化、自然損失和污染方面造成“三重危機(jī)”并引發(fā)一場(chǎng)災(zāi)難。

從陸地到海洋，從最高的山峰到最深的海溝，塑料垃圾和污染已經(jīng)無(wú)處不在。在今年3月份舉行的第五屆聯(lián)合國(guó)環(huán)境大會(huì)續(xù)會(huì)上，來(lái)自175個(gè)國(guó)家的國(guó)家元首、環(huán)境部長(zhǎng)和其他代表簽署了《終止塑料污染決議（草案）》，旨在2024年前結(jié)束塑料污染，制定一項(xiàng)涉及塑料整個(gè)生命周期的具有法律約束力的國(guó)際協(xié)議，推動(dòng)全球塑料污染治理。

應(yīng)當(dāng)看到，在塑料的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)以及處理等方面，國(guó)內(nèi)外都在積極進(jìn)行探索，但垃圾處置目前仍缺少優(yōu)異方案?！坝捎趶U舊塑料種類繁多、回收降解反應(yīng)復(fù)雜，塑料垃圾中只有9％被回收，其余12％被焚燒，79％被填埋或者遺棄在了自然環(huán)境中?！睂O超岷說(shuō)，塑料垃圾的處理方法主要有填埋、焚燒和利用微生物降解三種。只有微生物降解方式是綠色環(huán)保的，而該項(xiàng)研究還處于起步階段，距離產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用仍有一段距離。

當(dāng)前，孫超岷團(tuán)隊(duì)正在推動(dòng)“產(chǎn)業(yè)化”。這不僅是因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)了能有效降解塑料的海洋微生物，同時(shí)研究還顯示，今年發(fā)現(xiàn)的、經(jīng)培養(yǎng)改良后的“吃”塑料海洋微生物不僅對(duì)環(huán)境無(wú)害，而且在降解塑料后其培養(yǎng)物能夠產(chǎn)生有效抑制多種病原菌的活性物質(zhì)。這意味著上游可用于發(fā)展環(huán)境友好型塑料降解制品，下游生物基材料還可以用于生產(chǎn)抗生素等生物制品。

“我們正對(duì)該海洋微生物進(jìn)一步培養(yǎng)優(yōu)化，同時(shí)積極對(duì)接企業(yè)，努力實(shí)現(xiàn)對(duì)部分塑料（如聚酯型PUR）的工業(yè)級(jí)應(yīng)用，建立‘從塑料降解到高值化生物轉(zhuǎn)化’的一體化生物回收模式?！泵鎸?duì)從“0”到“1”的課題，孫超岷也希望更多部門、企業(yè)、院校參與進(jìn)來(lái)，加快從基礎(chǔ)研究向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化，為我國(guó)塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、可行的“海洋方案”。（青島日?qǐng)?bào)／觀海新聞?dòng)浾?李勛祥）