科學家受貽貝啓發,改造細菌分解塑料廢物
貽貝幾乎有着能附着於任何物體的神奇本領。無論是粗糙的金屬表面還是溼滑的岩石,它們的附着力都是無與倫比的。受這種天然粘合劑的啓發,萊斯大學的研究人員朝着解決世界上最大的環境挑戰之一——塑料污染邁出了大膽的一步。
這些科學家對一種大腸桿菌(E. coli)進行了生物工程改造,使其能夠分解聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET),這種材料常用於塑料瓶。通過利用貽貝的粘性力量,他們使得細菌不僅能夠附着於塑料,還能夠將其吞噬。
在美國,PET 在一次性塑料瓶廢棄物中佔比超過 40%
在全球固體廢物中佔比 12%(全球固體廢物中 12%爲包裝廢棄物)。事實上,一旦被傾倒在垃圾填埋場,基於 PET 的塑料製品在長達 450 年內都不會分解。
這種受貽貝啓發的新細菌不僅有潛力解決這個問題,而且還能幫助清理生物污垢——植物、微生物、動物和藻類的不必要積聚,這些常常會損壞船隻、阻塞水下管道和供水系統。
貽貝的黏附特質是由於一種由叫做 DOPA(3,4 - 二羥基苯丙氨酸)的氨基酸製成的特殊黏附蛋白。
肖和他的團隊把 DOPA 引入到大腸桿菌的遺傳物質裡,以及一組被稱爲 PET 水解酶(PETase)的酶。他們通過基因密碼擴展來實現這一點,這是一種使科學家能夠向現有基因密碼添加新材料,創造新型氨基酸和蛋白質的技術。
雖然 DOPA 讓細菌具備了抓取塑料並附着於塑料表面的能力,然而 PET 水解酶卻能讓它們將 PET 分解爲小分子。
這些修飾把 細菌變成了‘塑料食客’,且具有非凡的附着力。
研究人員測試了改良的大腸桿菌在 98.6°F(37°C)下降解 PET 樣本的能力。他們聲稱實驗是成功的,因爲工程微生物降解了數量相當可觀的塑料。
生物工程細菌不僅限於解決我們的生物污染和塑料問題。DOPA 修飾的蛋白質還可用於防止醫療設備和其他表面上不需要的微生物生長。
這或許能讓生物植入物、藥物輸送機器人、手術器械以及各類其他應用比以往任何時候都更加安全。希望進一步的研究能使我們更接近大規模實現這些解決方案的目標。
這項研究成果發表於《小方法》雜誌。