《自然》：最短一天，塑料彻底降解！塑料污染难题迎重大突破

每一年，自然最短重全球生产的天塑题迎突破塑料达到惊人的3亿吨，但当它们结束使命，料彻料污如何处理这些稳定的底降聚合物成为一道难题。在全球各地，解塑数十亿吨塑料垃圾埋藏在垃圾填埋场里，染难污染着当地土壤与水源，自然最短重还能以微塑料的天塑题迎突破形式出现在人体的血液、粪便甚至是料彻料污胎盘中……

如何缓解日益严峻的塑料危机，成为当下极其紧迫的底降挑战。对此，解塑科学家也在寻找创新性的染难对策。去年，自然最短重一篇《自然》论文就带来了重要突破：加州大学伯克利分校的天塑题迎突破研究团队发明了一种可降解塑料：在40℃的堆肥条件下，塑料仅需两天就能得到降解。料彻料污

一年之后，另一篇《自然》论文从不同的角度提出了解决方案。得克萨斯大学奥斯汀分校的Hal Alper教授团队借助机器学习改造了一种酶，可以将以世纪为单位的塑料降解时间缩短到数小时至几天。这个事关人类未来的关键问题，迎来了破解的希望。

全球范围内，只有不到10%的塑料得到循环利用。在过去的十余年间，对于降解塑料的酶，相关研究取得了大量进展。但一个悬而未决的问题是，如何制造在低温下能有效运作的酶，从而实现低成本的大规模工业应用。

这项研究试图降解的是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），在我们日常使用的塑料包装物中，绝大多数都含有这种聚合物。PET占到了全球固体垃圾的12%，如果能通过酶快速将其降解，随后再聚合或转化成其他产品，将有望实现循环碳经济，大幅降低环境污染。

在自然界，一种名为PETase的酶可以降解PET，但也存在明显的缺陷：只能在特定的酸碱度和温度范围内起效，并且反应速度有限，在降解之前还需要对塑料进行预处理。

在这项研究中，Alper教授团队使用机器学习模型对PETase进行改造。机器学习模型可以预测哪些突变可以让PETase在低温下快速降解人们丢弃的塑料产品，在模型的指导之下，研究团队最终改造出全新的酶：FAST-PETase（功能性、活性、稳定和耐受性PETase）。

这种酶可以在低于50℃、一系列不同的酸碱度条件下，将PET解聚、降解成小分子。在一些条件下，这些塑料仅需24小时就能完全降解为单体。

为了检验FAST-PETase降解不同PET塑料制品的有效性，这项研究利用FAST-PETase分别去降解51种未经处理的PET塑料制品，包括各种塑料容器、聚酯纤维和织物等。结果，所有塑料都在一周内彻底降解，最迅速的仅需1~2天。

这种酶可以帮助企业在分子水平上循环、再利用塑料，从而减少对环境的不利影响。Alper教授表示：“通过这项最先进的回收技术，各行业可以看到无尽的可能性。”

接下来，研究团队计划扩大FAST-PETase的生产规模，为进一步的工业应用奠定基础。该团队正着眼于几种不同的用途：不仅仅是清理垃圾填埋场中的塑料、让工业生产更加绿色环保，还希望利用这种酶实现环境修复，清理受污染的区域。

因为塑料污染，这颗美丽的蓝色星球正染上令人担忧的白色。现在，这些新兴技术的诞生有望让塑料污染危机迎来转机。我们期待，这颗星球能回到最初、最美的颜色。

参考资料：

[1] Lu， H。， Diaz， D.J。， Czarnecki， N.J。 et al。 Machine learning-aided engineering of hydrolases for PET depolymerization。 Nature 604， 662–667 （2022）。 https：//doi.org/10.1038/s41586-022-04599-z

[2] Plastic-eating enzyme could eliminate billions of tons of landfill waste。 Retrieved Apr 27th， 2022 from https：//www.eurekalert.org/news-releases/950900

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