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研究人员长期以来观察到，一种常见的环境细菌家族——新拟杆菌科（Comamonadacae），在遍布于城市河流和废水系统的塑料上生长。但这些新拟杆菌细菌究竟在做什么仍然是个谜。现在，西北大学主导的研究人员发现了一种新拟杆菌在如何将塑料分解为食物的过程。首先，它们将塑料咀嚼成小片段，称为纳米塑料。然后，它们分泌一种专门的酶来进一步分解这种塑料。最终，研究人员发现细菌利用塑料中的碳原子环作为食物来源。
这一发现为开发基于细菌的工程解决方案提供了新的可能性，以帮助清理难以去除的塑料废物，这些废物污染了饮用水并对野生动物造成伤害。该研究发表在《环境科学与技术》杂志上。“我们系统地首次显示，一种废水细菌可以采用最初的塑料材料，将其降解、分解，并将其作为一种碳来源使用，”
领导这项研究的西北大学的 Ludmilla Aristilde 说，“令人惊奇的是这种细菌能够完成整个过程，我们发现了一种关键酶负责分解塑料材料。这可以被优化并加以利用，帮助清除环境中的塑料。”Aristilde 是环境过程中的有机物动力学专家，在西北大学的麦考密克工程学院担任环境工程副教授。她也是合成生物学中心、国际纳米技术研究所和宝拉 M. 特瑞恩斯可持续能源研究所的成员。
该研究的共同第一作者是 Aristilde 实验室的前博士生 Rebecca Wilkes 和现任博士后研究员 Nanqing Zhou。一些前研究生和本科生也参与了这项工作。污染问题
这项新研究建立在 Aristilde 团队先前的研究基础上，该研究揭示了使 Comamonas testosteri 代谢来自破碎植物和塑料的简单碳的机制。
在新研究中，Aristilde 和她的团队再次研究了 C. testosteroni，这种细菌生长在聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）上，PET 是一种常用于食品包装和饮料瓶的塑料。由于不易降解，PET 是塑料污染的主要来源。“值得注意的是，PET 塑料占全球塑料使用总量的 12%，”Aristilde 说，“并且它占废水中微塑料的 50%。”
降解塑料的内在能力
为了更好地了解 C. testosteroni 如何与塑料相互作用并以塑料为食，Aristilde 和她的团队使用了多种理论和实验方法。首先，他们将从废水中分离出的细菌在 PET 薄膜和颗粒上培育。然后，他们使用先进的显微镜观察塑料材料的表面随着时间的变化。接下来，他们检查了细菌周围的水，寻找塑料被分解成更小的纳米级碎片的证据。
最后，研究人员查看了细菌内部，以确定细菌用于帮助降解 PET 的工具。“在细菌存在的情况下，微塑料被分解成微小的塑料纳米颗粒，”Aristilde 说。“我们发现废水细菌具有内在能力，将塑料降解到单体水平，即构成聚合物的小构筑块。这些小单位是细菌可用于生长的生物可利用碳源。”在确认 C. testosteroni 确实可以分解塑料后，Aristilde 接下来想了解这一过程的细节。
通过可以测量细胞内所有酶的组学技术，她的团队发现了一种特定酶在暴露于 PET 塑料时被表达。为了进一步探索该酶的作用，Aristilde 请田纳西州橡树岭国家实验室的合作者准备无法表达该酶的细菌细胞。值得注意的是，没有该酶，细菌降解塑料的能力丧失或显著下降。塑料在水中的变化
尽管 Aristilde 想象这一发现可能被用于环境解决方案，她也表示这项新知识可以帮助人们更好地理解塑料在废水中的演变。
