喝完丟棄的礦泉水瓶、海洋里的塑料垃圾等等，這些隨處可見(jiàn)的廢棄塑料是大自然中難以被降解的頑固垃圾，威脅著地球的環(huán)境。傳統(tǒng)塑料垃圾的處理方法需要高溫集中處理，能耗高、效率低，還會(huì)造成二次污染。有沒(méi)有更好方法?有，可以讓細(xì)菌把它們都“吃掉”。這就是天津大學(xué)化工學(xué)院本科生團(tuán)隊(duì)的研發(fā)成果——基于混菌體系的高效塑料生物降解系統(tǒng)。日前，該研究成果獲得由美國(guó)麻省理工學(xué)院主辦的2016國(guó)際遺傳工程機(jī)器設(shè)計(jì)競(jìng)賽(iGEM)金獎(jiǎng)及最佳環(huán)境項(xiàng)目單項(xiàng)獎(jiǎng)提名。

　　混菌系統(tǒng)是一種人工設(shè)計(jì)的細(xì)菌組織方式，就像細(xì)菌的“小社會(huì)”，讓不同菌種各司其職。系統(tǒng)中的一部分細(xì)菌把塑料中的大分子降解成小分子，另一部分細(xì)菌再把小分子或吸收掉或轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌幸嫖镔|(zhì)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員在項(xiàng)目初期信心滿(mǎn)滿(mǎn)：“只要把細(xì)菌基因編輯，加入我們要的遺傳序列，然后不同菌株混在一起就好了!”但是人不能直接和細(xì)菌“溝通”，沒(méi)有辦法告訴細(xì)菌什么時(shí)候應(yīng)該表現(xiàn)出人工設(shè)計(jì)的功能;而且不同菌種生存能力有天壤之別，往往優(yōu)勢(shì)菌種會(huì)搶奪其他菌種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，把其他菌種全部清除，造成“一家獨(dú)大”。該學(xué)生團(tuán)隊(duì)通過(guò)上百組混菌實(shí)驗(yàn)不斷摸索細(xì)菌培養(yǎng)條件，最終成功研發(fā)出了一個(gè)可以讓各個(gè)不同菌種“和平共處”的混菌系統(tǒng)。他們?cè)诨炀到y(tǒng)中巧妙地設(shè)計(jì)了一種代謝路徑，降低了菌與菌之間爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)現(xiàn)了混菌系統(tǒng)的穩(wěn)定。該混菌系統(tǒng)可以完全降解生活常見(jiàn)塑料——聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)。只需要把該混菌體系釋放到自然界，它們就會(huì)高效地分解原來(lái)千百年都不會(huì)發(fā)生明顯變化的聚酯塑料。該研究成果在未來(lái)可以實(shí)現(xiàn)塑料垃圾的就地分解。

　　為了更快地降解塑料，該學(xué)生團(tuán)隊(duì)還應(yīng)用基因編輯技術(shù)對(duì)降解塑料的關(guān)鍵——PETase酶進(jìn)行了定點(diǎn)改造，成功提高了這種酶分解塑料的效率。除此之外，學(xué)生們還創(chuàng)造性地運(yùn)用了無(wú)細(xì)胞培養(yǎng)(CELL-FREE)技術(shù)，通過(guò)把細(xì)胞里的物質(zhì)放到試管中，建立了一個(gè)和細(xì)胞一模一樣的“酶生產(chǎn)工廠”。這樣一來(lái)，大大簡(jiǎn)化了篩選PETase酶的操作步驟，大幅提高了PETase酶的生產(chǎn)速率。