塑料污染已成为一个全球性的威胁，影响到所有生态系统，从寒冷的两极地区，到无人居住的环礁甚至深海盆地。
PlasticsEurope 网站 2020 年发布的数据显示，全球塑料生产规模在过去六年中增长了 21%，2019 年达到 3.68 亿吨。
当前对塑料废弃物的处理方式主要有 3 种：填埋、焚烧或回收处理。以我国 2019 年中国废塑料处理情况为例，填埋、焚烧、回收的垃圾各占约 30%，还有 7% 的垃圾被遗弃
此外，寻找自然界中的微生物降解塑料的方式也已屡见不鲜，但大部分酶用于工业生产通常需要 30℃ 以上的温度。
近日，瑞士联邦研究所雪与景观研究所（WSL）的科学家从瑞士阿尔卑斯山和极地地区的高海拔土壤中收集到了一些微生物菌株，并发现，它们可以在低温下分解可生物降解的塑料。相关论文题为“Discovery of plastic-degrading microbial strains isolated from the alpine and Arctic terrestrial plastisphere”发表在 frontiers 期刊。
“我们在这里表明，从高山和北极土壤的'塑料球’中获得的新型微生物类群能够在 15°C 以下分解可生物降解的塑料，”该论文的第一作者、现任 WSL 客座科学家的 Joel Rüthi 博士表示。
在他们报告的工作中，Rüthi 及其同事在格陵兰岛、斯瓦尔巴群岛和瑞士采集了 19 种细菌菌株和 15 种真菌菌株的样本，这些菌株生长在自由放置或有意掩埋的塑料（在地下保存一年）上。斯瓦尔巴群岛的大部分塑料垃圾是在 2018 年瑞士北极项目期间收集的，学生们在那里进行了实地考察，以亲眼目睹气候变化的影响。来自瑞士的土壤是在格劳宾登州的 Muot da Barba Peider 山顶和 Val Lavirun 山谷采集的。
科学家们让分离出的微生物在黑暗和 15°C 的条件下以单菌株培养物的形式生长，并使用分子技术对它们进行鉴定。结果表明，细菌菌株属于放线菌门和变形菌门的 13 个属，真菌菌株属于子囊菌门和毛霉菌门的 10 个属。
然后，研究人员使用一套测定法筛选每种菌株消化不可生物降解聚乙烯 (PE) 和可生物降解聚酯聚氨酯 (PUR) 以及两种市售可生物降解产品聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯 (PBAT) 和聚乳酸的能力。
126 天后，研究人员发现，没有一种微生物能够消化 PE。但是 19 种（56%）菌株，包括 11 种真菌和 8 种细菌，能够在 15°C 下消化 PUR，而 14 种真菌和 3 种细菌能够消化 PBAT 和 PLA 的塑料混合物。核磁共振 (NMR) 和基于荧光的测定证实，这些菌株能够将 PBAT 和 PLA 聚合物切成更小的分子。
这项研究也首次证明了几个分类群（如 Collimonas 属、Kribbella 属、Lachnellula 属和 Thelebolus 属）可以降解塑料。
表现最好的是 Neodevriesia 和 Lachnellula 属中的两种未表征的真菌物种。这些微生物能够消化除 PE 之外的所有测试塑料。编号为 800 ( Neodevriesia sp.) 和 943 ( Lachnellula sp.) 的真菌菌株可以降解所有测试的可生物降解产品，已被证明可以减少塑料薄膜中 PBAT 和 PLA 成分的质量，并有效地水解了纯 PBAT 聚合物。
结果还表明，消化塑料的能力也取决于大多数菌株的培养基，每种菌株对测试的四种培养基中的每一种都有不同的反应。“我们证明了培养条件对塑料降解有很大影响。这一发现可能有助于优化微生物菌株的降解率，也可能对碳和养分含量有限的自然环境中的塑料降解产生影响，特别是在贫营养的北极和高山土壤中。” 该团队进一步指出，塑料降解微生物的筛选测试很可能只检测到潜在塑料降解菌株的一个子集，而一些菌株可能需要非常特殊的条件才能表达塑料降解酵素。
（来源：Pixabay）
目前， Rüthi 及其同事仅在 15°C 下测试了塑料降解，暂不确定这些微生物酶发挥作用的最佳温度。“但我们知道，大多数经过测试的菌株都能在 4°C 到 20°C 之间生长良好，最佳生长温度约为 15°C。”
研究人员表示，下一个重大挑战将是确定微生物菌株产生的塑料降解酶，并优化获取大量蛋白质的过程。此外，可能需要对酶进行进一步修饰以优化蛋白质稳定性等特性。
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