《研究认为一种微观海洋微生物可分解海洋塑料垃圾》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2019-06-05
  • 塑料占所有海洋垃圾的近70%,使无数水生物种面临风险。不过,最近的一个研究似乎让我们看到了希望:科学家发现微观海洋微生物正在吞噬塑料,会慢慢分解垃圾。

    为开展这项研究,研究人员从希腊查尼亚的两个不同海滩收集了风化塑料。这些垃圾已经暴露在阳光下并经历了化学变化,从而使其变得更脆,所有这些都需要在微生物开始“咀嚼”塑料之前发生。这些小碎片有的是聚乙烯,用于生产最受欢迎的塑料产品(如杂货袋和洗发水瓶),也有的是聚苯乙烯(食品包装和电子产品中的硬塑料)。该团队将天然存在的海洋微生物或工程微生物浸入盐水中,这些微生物通过含碳微生物菌株增强,并且可以仅靠塑料中的碳存活。然后科学家分析了材料在5个月内的变化。

    科学家在4月份的《危险材料》(the Journal of Hazardous Materials)杂志上报道说,两种类型的塑料在暴露于自然微生物和工程微生物后都会失去相当大的重量。微生物进一步改变了材料的化学成分,导致聚乙烯的重量下降了7%,聚苯乙烯的重量下降了11%。这些发现可能会提供一种新的策略来帮助对抗海洋污染,部署海洋微生物来消耗垃圾。然而,研究人员仍需要测量这些微生物在全球范围内的有效性。

    (於维樱 编译)

    图片源自网络

  • 原文来源:https://www.sciencemag.org/news/2019/05/these-tiny-microbes-are-munching-away-plastic-waste-ocean
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  • 《Scripps海洋学研究人员采用全球方法研究微塑料和微纤维》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2019-09-20
    • Scripps海洋研究所的科学家正在努力了解海洋中的塑料降解,特别是称为微塑料和相关微纤维的较小颗粒。Scripps副研究员、海洋生物学家Dimitri Deheyn正在研究这些微材料的双重方法。他和博士后研究员Sarah-Jeanne Royer正在监测世界各地的微纤维,以更好地了解这些纤维如何进入和传播到环境中,同时还与工业界合作,找出限制塑料污染的可能途径并制定补救策略。 大多数微纤维是合成纤维,而且许多是基于石油的微纤维,使它们成为微塑料的一种形式。由于它们能够吸收更多的水和独特的化学结合特性,它们可以在许多纺织品中找到,包括衣服和清洁布,并且根据它们的超细性质来定义。这些纤维在洗涤纺织品和日常穿着时流入环境,并且正在成为科学家和环保主义者日益关注的问题。NOAA将微塑料定义为长度小于5毫米的任何塑料颗粒。这些微小的颗粒是由较大的塑料和合成材料的分解造成的,并且越来越受到环境和公共卫生官员的关注,他们担心吃鱼和其他摄入微塑料的海产品的影响。然而,研究人员仍在了解这些粒子对生态系统和人类的影响及范围。 Deheyn在发现这些材料在他实验室使用的成像条件下发出荧光后,对微纤维研究产生了兴趣。 Deheyn利用生物体产生的颜色或光线的变化作为早期指标,特别是在接触常规污染物如微量金属或与气候变化相关的环境变化时。近年来,Deheyn注意到他的图像中有越来越多的发光纤维。“当我看到这些纤维在我的样品中发出荧光时,我的第一反应是清洁显微镜的镜片,但我意识到这些纤维实际上是我样品的一部分,”Deheyn说。该研究的合作者Royer则专门研究环境中塑料产生的温室气体排放、塑料退化、海洋垃圾的命运和通道以及北太平洋的垃圾补丁。 Deheyn对荧光污染物的观察带来了新的机遇。他和研究伙伴一直在利用荧光开发新技术来检测从水样中滤出的微塑料。该技术由工程研究生Jessica Sandoval开发,称为自动微弹性标识符(AMI),旨在通过识别光纤的自动化过程取代人工计数。研究人员首先在紫外线照射下对滤光片进行成像,使塑料发出荧光。 Sandoval开发了软件来量化每个过滤器上的塑料量,并使用图像识别生成塑料特征的信息。“这是一个令人兴奋的第一步,使用自动化技术来协助监测这种普遍存在的海洋污染物,” Sandoval说,“通过这些技术,我们可以更轻松地处理来自全球的样品,并更好地了解微塑料的分布。” 作为Deheyn努力了解全球微纤维存在的一部分,研究人员已经使用该技术分析来自世界各地的水样。到目前为止,他发现微纤维可以在世界各地的样品中找到,包括在北极圈。“我们最终希望在全球范围内提供微纤维分布图,以便人们可以更好地评估我们食品中存在这些微小合成材料的效果,”Deheyn说。 除了从水、空气和沉积物样品中测量这些微纺织品之外,Deheyn和Royer的工作标志之一是分析50年来从斯克里普斯码头采集的水样,以确定这种污染的数量随时间的变化情况。这项研究还将展示哪种类型的纤维是最不易生物降解的,并且在过去50年中这种污染在何时变得明显。研究人员希望解决两个基本问题:原始材料在海洋环境中会如何降解,以及供应链中的哪个过程会改变纺织品的降解。 (於维樱 编译) 图片源自网络
  • 《中国科学院海洋研究所首次发现能在温和条件下高效降解PBAT塑料的海洋微生物酶》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:熊萍
    • 发布时间:2024-10-21
    • 近日,国际学术期刊Journal of Hazardous Materials刊发了中国科学院海洋研究所孙超岷团队最新研究成果,首次报道了从海洋真菌Alternaria alternata FB1中发现的两种聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)高效降解酶,为处理PBAT以及复杂塑料废物混合物提供了新的生物技术方案。 近年来,随着全球塑料污染问题日益严峻,开发有效的塑料降解技术成为学术界和工业界共同关注的焦点。PBAT作为一种生物可降解塑料,具有良好的机械性能和热稳定性,在包装材料和农用薄膜等领域被广泛应用。然而,PBAT含有较难降解的芳香族成分对苯二甲酸(是生产PET塑料的主要原料),使其自然降解效率较低,存在演变为微塑料的风险,进而影响各种生物的正常理化过程。尽管目前已有一些关于PBAT降解酶的研究,但均需在高温(如60-70度)条件下才能有效降解PBAT塑料,欲实现规模化处理需要额外提供大量热能,大大增加了企业的运行成本,不利于将来的工业化应用。因此,如何在较温和的条件下实现PBAT塑料的高效降解是亟待解决的科学和技术难题。 为解决这一挑战,孙超岷团队着眼于海洋微生物,自2016年开始即从青岛近海采集塑料垃圾,进行塑料降解菌的筛选工作。经过大量筛选,获得了一株海洋真菌Alternaria alternata FB1,该菌株不仅能降解传统聚烯烃塑料如聚乙烯(PE),还展现出高效降解PBAT塑料的潜力。在本研究中,研究人员进一步分离并表征了该菌株中两种具有PBAT降解能力的角质酶AaCut4和AaCut10,为开发工业应用的高效降解剂提供了新的可能。 该研究的亮点之一是AaCut10在温和反应温度下展现的优越性能:AaCut10能够在20-45°C下高效降解PBAT,其37°C下24小时PBAT解聚率达到82.14%,并在48小时内可实现PBAT的完全降解。在海水中,AaCut10保持了96%以上的催化活性,表明其具有良好的盐度和离子耐受性。相比之下,另一种已知最高效的PBAT水解酶TfCut-DM Q132Y的降解效率仅为AaCut10的44.8%(37°C下)和16.26%(23°C下),进一步证明了AaCut10在温和条件下的降解优势。此外,研究人员还通过定向突变和反应条件优化进一步提高了AaCut10的单体生成率,为未来的酶工程改造提供了新的思路,也为工业应用奠定了基础。除了PBAT,研究团队还对AaCut4和AaCut10的其他底物适应性进行了测试。结果表明,这两种酶不仅能够有效降解PBAT,还表现出对其他生物可降解塑料如聚(3-羟基丁酸)(PHB)和聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的良好降解能力。广泛的降解底物范围使其在处理复合塑料或混合塑料废物中展现出巨大潜力。 AaCut10作为一种海洋真菌源水解酶,展现了在工业化塑料废弃物处理中的巨大应用潜力。其在温和条件下高效降解PBAT的能力以及水解产物相对单一、未出现产物抑制效应以及耐盐等特质,尤其适用于复杂海洋和陆地环境中的塑料废物管理,为可降解塑料的回收和再利用提供了一条新途径。目前,这项研究成果已申请了国家发明专利。2023年,全国PBAT生产总量已达139万吨,PBAT正逐渐成为传统聚烯烃塑料的重要替代品。然而,市场规模扩大背景下的PBAT末端处置水平亟待提高。利用基于AaCut10的生物酶解技术,PBAT废弃物的回收能够与绝大多数现有的PBAT制造工艺无缝衔接,通过高效的无溶剂方法将PBAT废料再生为塑料制品,从而避免额外的成本支出及潜在的环境污染风险。未来,AaCut10一方面可用于生活中PBAT废弃物的集中处理;另一方面,在山东、新疆等PBAT农业地膜大规模使用的省份,可与当地聚酯生产企业建立PBAT回收和再生产的产业基地,逐步实现真正意义上的闭环,即塑料的“生产-消费-回收-再造”。 中国科学院实验海洋生物学重点实验室博士研究生费凡为第一作者,孙超岷研究员为通讯作者。研究得到了崂山实验室科技创新项目、国际科学组织联盟重点合作研究项目、山东省自然科学基金和泰山学者计划等项目联合资助。 相关论文: Fan Fei, Zhenjie Su, Rui Liu, Rongrong Gao, Chaomin Sun*. Efficient biodegradation of poly(butylene adipate-co-terephthalate) in mild temperature by cutinases derived from a marine fungus. Journal of Hazardous Materials, 2024, 136008, DOI: 10.1016/j.jhazmat.2024.136008. 论文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389424025871