曾在上個(gè)世紀被譽(yù)為最偉大發(fā)明之一的 塑料 ，如今卻成了全球環(huán)境污染問(wèn)題的主要“幫兇”。
越來(lái)越多的研究表明塑料帶來(lái)了極大的生態(tài)挑戰。此前已有證據顯示，全球近700種海洋物種、50多種淡水物種，以及廣泛的陸地動(dòng)物都曾吞食過(guò)塑料。顯然，塑料污染已影響到人類(lèi)福祉的諸多方面。因此，廣泛的干預策略已迫在眉睫。
近日，發(fā)表在《Nature》上的一項研究中，科學(xué)家們設計出一種強大且極具活性的水解酶，可以在24小時(shí)分解PET。該研究為大規模的苯二甲酸乙二醇酯（PET）回收和再利用提供了解決方案。
苯二甲酸乙二醇酯（PET）通常用于礦泉水瓶、飲料瓶、水果等食品的包裝等。在我們身邊還有一種常見(jiàn)塑料是聚苯乙烯（PS），它通常用于一次性發(fā)泡餐具、消費品的包裝以及建筑材料的保溫材料。與其他塑料一樣，PS在自然界中可以持續存在數十年。
PET污染的問(wèn)題已有望得到解決，那聚苯乙烯呢？
其實(shí)，從上世紀50年代開(kāi)始，科學(xué)家們就發(fā)現昆蟲(chóng)可以破壞塑料包裝，并隨后確定了一些昆蟲(chóng)可以以聚苯乙烯（PS）為食。在“大快朵頤”后，它們的腸道微生物組（菌群）會(huì )將PS塑料顆粒進(jìn)一步降解；但目前還缺少對其菌群的分析。
2022年6月9日，發(fā)表在 《Microbial Genomics》 上的一項新研究中，來(lái)自昆士蘭大學(xué)的研究團隊鑒定出吃泡沫塑料的“超級面包蟲(chóng)”腸道中可以降解PS的特殊微生物。該研究為未來(lái)大規?；厥站郾揭蚁U物奠定了基礎。
這種“超級面包蟲(chóng)”是 大麥蟲(chóng) （Zophobas morio）的幼蟲(chóng)，在昆蟲(chóng)分類(lèi)學(xué)中屬于鞘翅目擬步甲科粉甲屬。由于其外形就像是大號的面包蟲(chóng)，因此得名“ 超級面包蟲(chóng) ”，也叫超級麥皮蟲(chóng)。
在這項新研究中，麩皮組、聚苯乙烯泡沫組和禁食組三組超級面包蟲(chóng)在經(jīng)過(guò)1周的適應期后，接受了為期3周的喂養實(shí)驗。研究人員隨后分析了它們的腸道菌群變化。
所有飲食組的蠕蟲(chóng)都能完成其蛹和成蟲(chóng)的生命周期。喂食PS組的超級面包蟲(chóng)在實(shí)驗期間保持活躍，但與麩皮飼養的蠕蟲(chóng)相比，體重只略微增加，且移動(dòng)速度慢，化蛹率較低。
此外，不同飲食組蠕蟲(chóng)的腸道菌群變化與基線(xiàn)相比差異 較 大。
在喂食PS泡沫組的前24-48小時(shí)內，研究人員觀(guān)察到它們的糞便顏色從淺棕色變成了白色顆粒，這表明蠕蟲(chóng)已經(jīng)開(kāi)始消耗并排泄PS。
對蠕蟲(chóng)消化道的解剖顯示，PS組個(gè)體的中腸和后腸被PS顆粒緊密包裹。電子顯微鏡證實(shí)，與原始的PS泡沫相比，蠕蟲(chóng)腸道中的PS顆粒已被部分降解，并顯示出附著(zhù)的微生物細胞。因此，被超級面包蟲(chóng)攝取的PS會(huì )穿過(guò)其整個(gè)胃腸系統，并與腸道微生物相遇。
通過(guò)宏基因組分析，麩皮組蠕蟲(chóng)的微生物多樣性高于PS組。這表明，飲食塑造了腸道微生物組。超級面包蟲(chóng)雖然可以吃掉聚苯乙烯泡沫，但對于它們而言，這是一種較差的飲食。
研究人員還檢測到了幾種具有聚苯乙烯和苯乙烯降解能力的編碼酶，并確定了具有與聚苯乙烯降解相關(guān)基因的微生物 假單胞菌屬 （Pseudomonas）、 紅球菌屬 （Rhodococcus）和 棒狀桿菌屬 （Corynebacterium ）。
總之，該研究結果首次提供了對超級面包蟲(chóng)腸道微生物組用于降解聚苯乙烯代謝途徑的宏基因組學(xué)見(jiàn)解，并支持了此前的建議，即這種蠕蟲(chóng)有助于減少聚苯乙烯造成的環(huán)境污染。
該研究還證實(shí)，雖然超級面包蟲(chóng)可以在聚苯乙烯飼料中存活，但這種飲食對宿主腸道微生物組的多樣性和健康產(chǎn)生了相當大的負面影響，因此可能會(huì )妨礙它們在緩解聚苯乙烯污染中發(fā)揮的作用。對此， 研究人員建議飲食多樣化，例如用食物垃圾補充泡沫塑料，可以幫助平衡聚苯乙烯飼料中的飲食缺陷，以改善腸道菌群，從而保障宿主健康。
該團隊表示，他們的目標是在實(shí)驗室中培養這些能降解聚苯乙烯的微生物，并進(jìn)一步測試其降解途徑中所涉及的酶。在隨后的研究中，他們將探索如何將這一過(guò)程升級到大規模垃圾回收所需的水平。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1099/mgen.0.000842
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