“牛肚”不仅好吃，还能帮助降解塑料！最新研究发现牛瘤胃中的微生物可用于分解生活中的常见塑料

2021-07-09 学术头条

如果不尽快找到处理塑料的可行方案，人类终将被塑料反噬。

撰文：ZS

编审：寇建超

塑料，20 世纪最伟大的发明之一，由于其强可塑性、方便性、多用途、便宜等等优势，被人类广泛应用于生活，随处可见。毫不夸张的说，离开了塑料，目前人类的生活方式将会被完全颠覆。

然而，随着科技的发展，人们逐渐认识到塑料的另一面，它造成的环境污染，往往需要几百年才能得到完全降解。联合国报告指出，全球每年用掉的塑料袋多达 5 万亿个，如果一个个铺开，足以覆盖两个法国。据官方数据统计，自 1950 年以来，全球范围内共产生约 63 亿吨废弃塑料。这些塑料垃圾被循环利用的仅有 9%，焚烧的塑料占 12%。

显然，如果不尽快找到处理塑料的可行方案，人类终将被塑料反噬。

近日，来自维也纳自然资源与生命科学大学的 Doris Ribitsch 博士带领的研究团队发现，来自牛瘤胃（反刍动物肠胃道的第一个胃）中的细菌可以降解我们生活中常见的塑料品，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯（俗称 PET）等等。同时，这些细菌若与牛瘤胃中的酶配合，降解塑料的能力则将大大提升。

该研究以“Together is better: the rumen microbial community as biological toolbox for degradation of synthetic polyesters”为题，发表在 frontiers in Bioengineering and Biotechnology 杂志上。

对于这一研究结果，Ribitsch 博士表示， “瘤胃网中生活着一个巨大的微生物群落，负责消化动物的食物，其中就包括天然植物聚酯，因此我们怀疑其中的某些生物活动也能帮助我们分解日常塑料中的聚酯。结果显示，它们的确具有分解生活中常用塑料的作用。全球每年有无数的牛被宰杀，积累了大量的瘤胃，因此这一研究结果有望扩大规模用于塑料分解”。

人类的塑料困境

1904 年，“塑料之父” Leo Baekeland 发明了塑料，这个给人类带来极大便利的化合物曾一度被认为是 “20 世纪最伟大的发明之一”。然而，人们到了今天终于发现：100 年前发明的塑料，至少要等 300 多年才能被降解！

当初，塑料被设计为在正常使用期间不会分解，这原本是它用途广泛的一大优势，但不可降解也同时意味着会污染环境。

虽然，我们呼吁过无数次要禁用一次性塑料，但其依旧活跃在我们的日常生活中；每天，一车又一车的塑料垃圾被运走清理，从我们视野里消失不见，但它们并没有真正消失。

事实上，塑料已经污染了整个地球，从北极的雪、高山土壤到最深的海洋。 目前，在海洋中发现的大约 80% 的塑料垃圾来自内陆。城市居民乱扔垃圾的行为以及相关垃圾处理的管理不善和工业活动等，都有可能使塑料 “避开” 正常有序的处理程序，从而进入自然环境。

进入自然环境的塑料，有很大一部分被流进了河流和小溪，然后再被带入大海，进入海洋生态系统。而这一情况，在废物回收基础设施缺乏的国家尤其普遍。

除此之外，海洋中的塑料垃圾也有可能来自家庭废水中含有的微小塑料碎片，或者是化妆品里含有的微塑料颗粒（现在英国已经禁止使用）和聚酯服装的纤维等等。 这些上万年都无法被降解的塑料，会进入生态体系，经过食物链层层积累，最终进入处于食物链顶端的人类体内，一点点侵蚀着人类的身体。

尽管自从意识到塑料的危害以来，人们一直尝试生产可降解塑料。但是，到目前为止，利用玉米、糖或木材等生物可降解原料制成的替代品，即不干净也不绿色，同时成本也居高不下。因此，就目前的情况来看，加强全球塑料制品的约束，同时寻找塑料的快速降解方案，或许是治理全球塑料危机更好的方向。

牛胃中的微生物，塑料降解好帮手

众所周知，塑料对环境最大的危害在于其难降解性。此前人们在塑料降解的探索中投入了大量的精力，然而鲜有成效。近年来，随着生物工程技术的发展，人们逐渐认识到，微生物如细菌、真菌等，或许可称为塑料降解和回收的好帮手。

此前有研究发现，反刍动物诸如牛的饮食中可能含有一些天然的植物聚酯类化合物，因此牛胃可能具有降解塑料的能力。 基于这一假设，Ribitsch 博士带领研究团队，试图找出牛胃中的合成聚酯水解酶，以及牛胃降解聚酯的秘密。

为此，研究团队准备了三种生活中常见的聚酯：一是局对苯二甲酸乙二醇酯，俗称 PET，是一种常用于纺织品和包装的合成聚合物，另外两种分别是聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯（俗称 PBAT），以及聚呋喃乙烯酯（俗称 PEF）。

图 | 牛瘤胃塑料降解鉴定及微生物群落分析（来源：该论文）

他们从奥地利的一家屠宰场获得了牛瘤胃液，并提取其中的微生物。随后，他们将正在测试的三种塑料（以粉末和薄膜形式进行测试）与提取的微生物或微生物与牛瘤胃液一起培养，以探索塑料的分解效率。

结果发现，上述三种常见的塑料样本均可以被牛瘤胃中的微生物分解，同时塑料粉末比薄膜分解得更快。 此外，与单一微生物分解相比，研究团队还发现微生物联合瘤胃液一起培养时分解塑料更快。这就意味着，牛瘤胃中的细菌可能和某种酶具有协同作用，可以快速用于分解聚酯类化合物。

目前，对牛瘤胃中的微生物群落的宏观基因组分析显示，其中 98% 的微生物是细菌，其次是真核生物和古细菌。在本次实验中，研究团队已证实，牛瘤胃中含量丰富的假单胞菌属具备聚酯水解的活性。

总的来说，此次研究利用牛瘤胃中的细菌初步证实了微生物降解塑料的可行性，为人类解决塑料危机提供了一个潜在的方案。

未来，我们期待微生物群落作为一种潜在的、生态友好的资源，能够被充分开发，帮助人们走出困境。

参考资料：

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2021.684459/full

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-07/aaft-sio062821.php

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2021-07/f-mic062521.php

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