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《国际小组发现完全降解石莼多糖的海洋细菌》

  • 来源专题：生物科技领域知识集成服务
  • 编译者： 陈方
  • 发布时间：2020-04-08

  • 2019年7月8日Nature Chemical Biology报道，19位科学家组成的国际团队首次通过来自海洋细菌的生物催化剂解码了石莼多糖的完全降解途径。这些发现对于生物质基础研究非常重要，藻类生物质有望用作发酵原料和分离有价值糖类的原料。
    海洋中的海藻储存了大量的二氧化碳，这个过程使藻类产生大量的碳水化合物，这些碳水化合物可以被海洋细菌分解，并为海洋食物网提供重要的能量来源。
    此次，研究者阐明了石莼多糖（Ulvan）的复杂降解途径。石莼多糖是由绿藻门石莼属藻类产生的复合糖，由海洋细菌Formosa agariphila降解。研究揭示了12种酶的生化功能。
    这是首次阐明海洋细菌可以将高度复杂的石莼多糖聚合物完全分解。研究者表示，海藻中的多糖与陆生植物的化学成分不同。目前尚不清楚海洋细菌如何降解藻类多糖。阐明参与石莼多糖降解的酶不仅对未来的生物技术应用具有重要价值，而且还能解决有关海洋碳循环的中心生态问题。
    该研究集结了微生物学家、生物技术专家、生物化学家和有机化学家，旨在阐明藻类大量繁殖期间海洋细菌的重要生态功能，以提高对全球变暖对海洋生物泵功能的认识。探索关键的海洋细菌和酶可以为开发海藻中糖的潜在潜力开辟新的视角。

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  • 《海洋所发现可有效降解聚丙烯及高效降解可降解塑料的海洋真菌及酶》
    • 来源专题：深海资源开发
    • 编译者：徐冰烨
    • 发布时间：2025-08-29
    • 近日，国际学术期刊Journal of Hazardous Materials刊发了题为“A marine fungus Alternaria alternata FB1 degrades polypropylene”的文章，该研究由中国科学院海洋研究所孙超岷团队完成，首次报道了一株能够有效降解聚丙烯（PP）塑料的海洋真菌，并结合转录组学、体外异源表达以及体内基因敲除技术，提出了其潜在的降解机制。 随着近年来全球塑料污染问题日益严峻，寻找能够高效降解塑料的菌株和酶成为学术界和工业界共同关注的焦点。聚丙烯是全球使用量仅次于聚乙烯（PE）的通用塑料，约占全球塑料消费市场份额的21%，预计到2030年，其市场规模将达到1.29亿吨。聚丙烯化学结构非常稳定，被广泛应用于食品包装、医疗产品及汽车制造等领域。然而，这种稳定性也是一把“双刃剑”，导致废弃PP在环境中可存在数百年，严重威胁陆地及水生生态系统。传统处理方式如焚烧与化学回收不仅能耗高、成本大，还容易造成二次污染。相比之下，微生物降解因绿色环保而被视为潜在解决方案。然而，由于PP结构的高度疏水性和化学稳定性，微生物难以附着和降解，导致其生物处理研究长期滞后。以往大多数研究依赖预处理手段来提升其可降解性，但这也显著增加了成本，限制了工业化应用。 研究团队经过大量筛选，获得了一株有效降解塑料的海洋真菌Alternaria alternata FB1。前期研究成果显示该菌株不仅能够降解传统聚烯烃类塑料（如聚乙烯），还对可降解塑料PBAT表现出了显著降解活性。本研究进一步发现该真菌可以在未经任何预处理的纯PP薄膜表面迅速定殖，并在短短一周内形成明显的降解孔洞。研究人员进而采用红外光谱、X射线衍射、凝胶渗透色谱等手段对其降解能力进行了评估，结果显示其解聚效率最高可达65%。通过气相色谱-质谱分析，鉴定出该真菌降解PP的主要产物是两种烯烃（9-十八烯和1-十九烯），占比达到70%。结合转录组学和异源表达技术，研究人员解析了介导该真菌降解PP的潜在酶系，并从中获得了两种具有PP降解活性的酶种。本研究的亮点之一在于创新性地采取基因敲除手段评估了不同降解酶缺失突变株对PP的降解效率，并基于相关实验结果推测了PP的潜在降解机制。未来，研究团队计划通过遗传改造进一步优化菌株性能，以实现更高效的工业化应用。该研究为未来聚丙烯规模化降解提供了重要候选菌株，并为揭示真菌降解聚烯烃的分子机制奠定了理论基础。
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  • 《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
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