天大化工學(xué)院研發(fā)可以“吃掉”塑料的混菌系統(tǒng)

　　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，還會造成二次污染。有沒有更好方法?有，可以讓細菌把它們都“吃掉”。這就是天津大學(xué)化工學(xué)院本科生團隊的研發(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麻省理工學(xué)院主辦的2016國際遺傳工程機器設(shè)計競賽(iGEM)金獎及最佳環(huán)境項目單項獎提名。

　　混菌系統(tǒng)是一種人工設(shè)計的細菌組織方式，就像細菌的“小社會”，讓不同菌種各司其職。系統(tǒng)中的一部分細菌把塑料中的大分子降解成小分子，另一部分細菌再把小分子或吸收掉或轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌幸嫖镔|(zhì)。項目團隊成員在項目初期信心滿滿：“只要把細菌基因編輯，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菌“溝通”，沒有辦法告訴細菌什么時候應(yīng)該表現(xiàn)出人工設(shè)計的功能;而且不同菌種生存能力有天壤之別，往往優(yōu)勢菌種會搶奪其他菌種營養(yǎng)物質(zhì)，把其他菌種全部清除，造成“一家獨大”。該學(xué)生團隊通過上百組混菌實驗不斷摸索細菌培養(yǎng)條件，最終成功研發(fā)出了一個可以讓各個不同菌種“和平共處”的混菌系統(tǒng)。他們在混菌系統(tǒng)中巧妙地設(shè)計了一種代謝路徑，降低了菌與菌之間爭奪營養(yǎng)物質(zhì)的競爭，實現(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塑料——聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。只需要把該混菌體系釋放到自然界，它們就會高效地分解原來千百年都不會發(fā)生明顯變化的聚酯塑料。該研究成果在未來可以實現(xiàn)塑料垃圾的就地分解。

　　為了更快地降解塑料，該學(xué)生團隊還應(yīng)用基因編輯技術(shù)對降解塑料的關(guān)鍵——PETase酶進行了定點改造，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)造性地運用了無細胞培養(yǎng)(CELL-FREE)技術(shù)，通過把細胞里的物質(zhì)放到試管中，建立了一個和細胞一模一樣的“酶生產(chǎn)工廠”。這樣一來，大大簡化了篩選PETase酶的操作步驟，大幅提高了PETase酶的生產(chǎn)速率。