这些酶首先在日本被发现，研究人员在一家塑料回收工厂的土壤中找到了这种隐藏的微生物。它们已经能够依靠吞食塑料瓶来生存。
这一发现最早于2016年公布，不过现在科学家有了更进一步的突破。在研究日本的这些微生物如何分解塑料时，他们意外地创造出了一种超越天然细菌的突变酶。通过进一步的调整，这很可能会为困扰人类已久的塑料污染问题提供解决方案。
英国朴茨茅斯大学的结构生物学家约翰·麦吉汉表示：“偶然性在基础科学研究中经常发挥重要作用，我们在这里的发现也不例外。对于这一意料之外的发现，还有着进一步改进这些酶的空间，使我们更接近解决那些堆成山的废弃塑料的终极方法。”
该研究团队还包括美国能源部国家可再生能源实验室（NREL）的研究人员，在调查PETase（即帮助日本微生物分解PET塑料的酶）的晶体结构时偶然发现了它们的突变。
PET即聚对苯二甲酸类塑料，它在20世纪40年代获得专利。而在日本发现的微生物Ideonella sakaiensis则可以吃掉这些塑料。
地球上塑料污染的可谓巨大而严重的问题。数十亿吨废弃物堆放在垃圾填埋场，并流入我们的海洋，甚至威胁很多海洋生物，进而破坏整个生态系统。
原本对于PET塑料来说，需要几个世纪的时间才能自然分解。而在这种突变酶的帮助下，细菌只需要几天的时间就能将这些塑料处理掉。这无疑令人振奋不已。
研究人员介绍：“经过96小时后，我们可以通过电子显微镜清楚地看到PETase降解了PET塑料。目前我们正在使用海洋和垃圾填埋场中的实地样本材料进行测试。”
为了检测PETase在分子水平的效率，该团队使用X射线生成了酶的超高分辨率3D模型，揭示了PETase活性部位的真面目——正是这使其能够抓住并分解PET靶标。同时，他们得以研究这种机制如何能够进行改进。
“理解这种生物催化剂的内部运作，为我们提供了设计更高效酶的蓝图。”麦吉汉说。
研究人员假设PETase酶必须在PET存在的条件下生成。他们促使PETase酶的活性位点发生变异，以确定这样做是否能够形成另一种称为角质酶的物质。
意想不到的是，这一调整最终表明酶在分解塑料方面仍可以进一步优化。
“令人惊讶的是，我们发现PETase突变体在降解PET塑料方面胜过原生的PETase酶，”材料科学家尼克介绍，“利用计算工具来了解PET在PETase催化部位如何被‘对待’，有助于解释其性能得到改善的原因。鉴于这些结果，很明显这种活动还有很大的改善潜力。”
尽管迄今为止，突变型PETase酶在分解塑料方面比天然酶只高出约20％的效率，但研究团队指出，最重要的是我们现在知道了这些酶可以被优化和增强。
这意味着未来的工程设计版本能够更好地对塑料进行咀嚼，甚至可能帮助我们回收其他类型的材料。
当然，这些创新可能需要一段时间才能被投入实际应用，消除人类已经积累数十亿吨的塑料。但至少我们已经有了这样一个方向，利用科学与自然的结合，去解决我们生产的非自然材料。
