紙質吸管取代塑料吸管，環保餐具取代普通塑料餐具，可降解塑料袋取代一次性塑料袋……今年1月起，新版（bǎn）限塑令正式（shì）生效，許多一次性塑料製品的（de）生產、銷售和使（shǐ）用被按下了停止鍵。

　　盡管我國對塑料製品的限製使用和回收再利用日益重視，但仍有大（dà）量塑料被直接釋（shì）放到環境中。“這（zhè）些暴露（lù）的塑料製品在物理作（zuò）用、光降解等過程影響下形成微塑料，最終進入生態圈（quān）和食物鏈，給整個生態係統帶（dài）來潛在影響。”中科院微生物研究所(以下簡稱微生物所)研究員吳邊在接受《中國科學報》采訪時說。

　　在（zài）此（cǐ）背景下，吳邊團隊（duì）與國（guó）內外合（hé）作者基於計算機蛋白質（zhì）設計，實現了高濃（nóng）度聚對苯（běn）二甲酸乙二酯(PET)微塑料在溫和條件下的完全降解，為廢水中微塑料的預處理（lǐ）提供新思（sī）路。相關成果近日以封麵文章形式發表於《催化》。

　　從“白色汙染”到“隱形殺手”

　　“由於其固（gù）有的硬度、強度（dù）、耐用性及穩定性需求（qiú），廢棄塑（sù）料製品無法自動降（jiàng）解（jiě），對環境造成危害。”論文共同第一（yī）作者、微（wēi）生物所助理研究員崔穎璐對《中國科學報》說。相比於能回收的塑料，肉眼看不見的微塑料威脅更為嚴重，情況更為緊迫。

　　2004年，英國普利茅斯大學的Rid C. Thompson等首次提出“微（wēi）塑料（liào）”概（gài）念。10餘年來，國內外大（dà）量研究先後發現，微塑料可被農作物，魚類、蚯蚓、雞、蜜蜂（fēng）等海（hǎi）洋和陸地動物以及人類吸收，影（yǐng）響其生（shēng）長、發育和繁殖能（néng）力。

　　在此背景下（xià），2020年1月，我國發布的《關於進一步加強塑料汙染治理的意見》提出,分2020年、2022年、2025年3個時間段，明確加強塑料汙染治理分階段的任（rèn）務目標，同時（shí）對各類塑料製品製定（dìng）了具體的禁止、限製生產或使用要求。

　　不過，公開數據顯示，2019年，我國（guó）塑料製（zhì）品累（lèi）計（jì）產量8184萬噸，塑料薄膜產量達1594.62萬噸。相比之下，生物降解（jiě）塑料消費量僅為52萬噸。在限塑令逐步實施的（de）過程中，發展綠色生物降解策略成為迫切需求。

全生（shēng）物可（kě）堆肥降解（jiě）手套

　　打造“殺手”之“克星”

　　“是（shì）否無（wú）需經過回收處理即可就（jiù）地（dì）降解微塑料?”長期從（cóng）事人工設（shè）計酶蛋白的（de）吳邊希望能夠通過人工智能(AI)，提供“更綠色”的解決方案。

　　目前，溫（wēn）和條件（jiàn）下的微塑料原位降解研（yán）究是一個新興（xìng）領域。即利用原有或接種微生物降解或（huò）代謝微塑料（liào），將其轉化為無害的末（mò）端產品。在此過程中加入催化物可加強生物（wù）降解。“生物催化本身具有天然的綠（lǜ）色性，理想的生物酶可讓微塑料降解事半功倍。”吳邊說。

　　2016年，日本京都工藝纖維大學（xué）的Kohei Oda團隊（duì）報道（dào）了首個可在30℃下有效降解低結晶度PET塑料(自然降解時間需要數百年)的IsPETase降解酶。然而，該酶穩定性極差，不（bú）能滿足生物降解（jiě）實際應用需求。

　　在此背景下，吳邊團隊與微生物所向華團隊及天（tiān）津工業生物技術研究（jiū）所、中國科學技術大學（xué）、南京大學以及美國加州（zhōu）大學的研究者合作，探究是否可以通過原位處理，就地降解微塑料。他們提出了（le）一種新型蛋白質穩定性計（jì）算設計策略（luè）(GRAPE)，基於計算機蛋白質（zhì）設計對IsPETase進行穩定性（xìng）改造，獲得了適應性顯著增強的重設（shè）計酶(DuraPETase)。

　　因IsPETase在將PET轉（zhuǎn）化為（wéi）碳和能源方麵的（de）潛力，自2016年發現以來（lái），全球有許多科研團隊對其進行了改造。“據我所知，DuraPETase是迄今（jīn）為止開發得最好的PETase突變體。”審稿人評論稱（chēng）。

　　新設計的酶蛋白“消化”塑料能力遠超自然（rán）界中的（de）物質。在溫（wēn）和條件下（xià），DuraPETase對30%結晶度PET薄膜的降解效率相較於野生型提升了300倍。通過掃描電鏡可觀察到，經其處理（lǐ）後的PET薄膜內部結構發生（shēng）了顯（xiǎn）著的腐蝕變化——實現了2克/升的高濃度微塑料在溫和條件下的完全降解（jiě）。

　　“溫和條件是指工程微生物的最適溫度37℃，在（zài）這個條件下，www.17c.com期望未（wèi）來通（tōng）過（guò）微生物技術降解微塑（sù）料（liào），為廢水中微（wēi）塑料的預處（chù）理提供新思路。”吳（wú）邊說。

　　AI加持 效率更高

　　酶蛋白可謂現代生物催（cuī）化反應的“芯片”。若用理想的生（shēng）物酶（méi）為“媒”，生物催化可事半功倍。DuraPETase生物酶的誕生是AI設（shè）計蛋白在實際應用中的又一次突破。

　　“目前，酶穩（wěn）定性計算改造的主要瓶頸（jǐng）是無法解決有益突變的全局（jú）疊加問題。”吳邊說。以往以蛋白質進（jìn）化手段獲取高（gāo）性能酶是一個（gè）漫長的過程。新研究（jiū）結合了蛋白質理性設計和AI算法，對計（jì）算獲得（dé）的有益突變體進行係統聚類分（fèn）析，再結合貪婪算法進行網絡迭代疊加，大幅規避了負協同相互作用，在較（jiào）短時間（jiān）內最大限度地探索出疊加路徑。

　　“這就（jiù）好比在一個團隊中，優秀人才各司其（qí）職，但我（wǒ）們並不確定哪些人在一起（qǐ）合作可以（yǐ）發揮最大效（xiào）果。GRAPE策（cè）略就是來解（jiě）決這個（gè）問題，它通過對人才歸類（lèi），並迭代組成不同（tóng）的小團體，快速找出最適合在一起合作的人。”崔穎璐解釋說（shuō）。

　　對此，審稿人認為，這（zhè）在很大（dà）程度上提高了PET降解酶在高溫條件下的穩（wěn）定性和效率。研究進（jìn）一步表明，這種酶在環境溫（wēn）度下（xià）也有顯著改善的性（xìng）能，並對PBT和PEN等其他聚酯塑料底物也有降解作用。

本文標題：新研究在37℃下完全降解高濃度微塑料　網址：https://www.whstjq.com/news/xingyezixun/20.html