《自然化学生物学》杂志发表的一项研究利用了孢子的天然韧性，即能够忍受极端环境条件，通过编程让它们在特定情况下分泌塑料降解酶。这些孢子通过标准的塑料加工方法嵌入塑料基质中，例如高温、高压或使用有机溶剂。

在正常情况下，孢子处于休眠状态，确保塑料的稳定性能。然而，当暴露于表面侵蚀或堆肥等特定触发因素时，孢子就会被激活并启动降解过程，导致塑料彻底分解。

塑料的发明改善了我们的日常生活，但塑料垃圾的大量生产和不当处理使塑料污染成为重大的环境问题。2016 年，吉田和团队在日本一家回收设施附近被聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 污染的土壤中发现了一种细菌，名为 Ideonella sakaiensis。这种细菌可以利用 PET 作为主要碳源，通过产生两种关键酶：PETase 和 MHETase 来生长。

此后，大量合成生物学研究都致力于发现、设计和开发相关的塑料降解酶。而对于制造可降解塑料的创新方法的探索却很少。

休眠孢子和活塑料

数十亿年来，微生物已经形成了抵御恶劣环境的内在机制。一个典型的例子是孢子的形成，它们能够抵御干燥、高温和高压(塑料加工中的类似条件)。

研究团队利用合成生物学，对枯草芽孢杆菌进行基因改造，使其能够控制塑料降解酶(伯克霍尔德菌脂肪酶BC)的分泌。在重金属离子的压力下，枯草芽孢杆菌会形成孢子。

研究团队将这些改造后的孢子与聚己内酯(PCL)塑料颗粒混合，通过高温挤出或溶剂溶解制成含孢子塑料。测试表明，这些“活塑料”的物理性质与普通PCL塑料相似。在日常使用过程中，孢子处于休眠状态，确保塑料性能稳定。

孢子释放和降解开始

塑料降解的第一个关键步骤是释放嵌入活体塑料中的孢子，使细胞复活。研究人员首次展示了两种释放孢子的方法。一种方法是使用酶(脂肪酶 CA)侵蚀塑料表面。

这些释放出来的孢子随后发芽并表达脂肪酶BC，脂肪酶BC与PCL聚合物链末端结合，几乎完全降解PCL分子(最终分子量<500 g/mol)。结果表明，活塑料可以在6-7天内有效降解，而仅受到表面损伤的普通PCL塑料(脂肪酶CA)在21天后仍有大量塑料碎片。

释放孢子的另一种方法是堆肥。在没有任何外源因素的情况下，土壤中的活塑料可以在 25 至 30 天内完全降解，而传统的 PCL 塑料则需要约 55 天才能降解到肉眼看不见的程度。

超越 PCL 塑料

如前所述，PCL 的加工条件在塑料中相对“温和”。为了验证该系统的普遍适用性，团队继续测试其他商用塑料系统。他们将携带 GFP 表达质粒的孢子与 PBS(聚丁二酸丁二醇酯)、PBAT(聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯)、PLA(聚乳酸)、PHA(聚羟基脂肪酸酯)，甚至 PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)混合，并在高达 300 o C的温度下加工混合物。

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