瑞士科学家发现了能够在15°C下分解可生物降解塑料的冷适应微生物，这可能将为更具成本效益和环境友好的塑料回收铺平道路。

塑料在低温下的生物降解可以节省资金和能源。

研究人员在阿尔卑斯山的高海拔地区和极地地区发现了微生物菌株，它们可以在低至15°C（59°F）的温度下分解可生物降解的塑料。这些微生物存在于高山和北极土壤的塑料层中，可以提供一种更具成本效益和环境友好的塑料回收方法。

研究小组研究了19种细菌和15种真菌，发现其中相当一部分可以降解某些类型的塑料。最成功的菌株是两种未被鉴定的真菌。下一步将是确定能够降解塑料的特定酶，并优化其生产和稳定性。

寻找、培养和生物设计生物能够消化塑料，不仅有助于消除污染，而且现在也是一项大生意。已经发现了几种可以做到这一点的微生物，但当它们的酶在工业规模上应用时，它们通常只能在30°C（86°F）以上的温度下工作。所需的加热意味着迄今为止工业应用的成本仍然很高，而且不是碳中和的。但这个问题有一个可能的解决方案：找到专门的适应寒冷的微生物，它们的酶可在较低的温度下工作。

瑞士联邦研究所WSL的科学家知道在哪里可以找到这样的微生物：在他们国家阿尔卑斯山的高海拔地区，或者在极地地区。他们的发现发表在《微生物学前

第一作者Joel Rüthi博士目前是WSL的客座科学家，他说：“在这里，我们表明，从高山和北极土壤的‘塑料层’中获得的新型微生物类群能够在15°C下分解可生物降解的塑料。”“这些生物可以帮助降低塑料酶回收过程的成本和环境负担。”

Rüthi及其同事在格陵兰岛、斯瓦尔巴群岛和瑞士对生长在自由放置或故意掩埋的塑料（在地下保存一年）上的19种细菌和15种真菌进行了采样。斯瓦尔巴群岛的大部分塑料垃圾是在2018年瑞士北极项目期间收集的，学生们在该项目中进行了实地调查，亲眼目睹了气候变化的影响。来自瑞士的土壤是在格劳宾登州的穆奥特达巴巴佩德尔峰（2979米）和瓦尔拉维伦山谷采集的。

科学家们让分离的微生物在实验室中在黑暗和15°C的温度下作为单一菌株培养，并使用分子技术对其进行鉴定。结果表明，菌株分属放线菌门和变形菌门13属，真菌分属子囊菌门和毛霉菌门10属。

令人惊讶的结果

然后，他们使用一套分析方法来筛选每种菌株消化不可生物降解聚乙烯（PE）和可生物降解聚酯聚氨酯（PUR）无菌样品的能力，以及两种市售可生物降解的己二酸聚丁烯酯（PBAT）和聚乳酸（PLA）混合物的能力。

即使在这些塑料上培养126天后，也没有一种菌株能够消化PE。但包括11种真菌和8种细菌在内的19种（56%）菌株能够在15°C下消化PUR，而14种真菌和3种细菌能够消化PBAT和PLA的塑料混合物。核磁共振（NMR）和基于荧光的测定证实，这些菌株能够将PBAT和PLA聚合物分解成更小的分子。

Rüthi说：“我们发现很大一部分测试菌株能够降解至少一种测试塑料，这让我们非常惊讶。”。

表现最好的是NEODEVRIESIA属和LACHNELLULA属的两种未经鉴定的真菌：它们能够消化除PE外的所有测试塑料。结果还表明，大多数菌株消化塑料的能力取决于培养基，每个菌株对四种测试培养基的反应不同。

植物聚合物消化能力的副作用

消化塑料的能力是如何进化的？由于塑料从20世纪50年代才出现，降解塑料的能力几乎可以肯定不是自然选择最初的目标。

最后一位作者、WSL的资深科学家和小组组长Beat Frey博士解释道：“微生物已被证明能产生多种聚合物降解酶，参与植物细胞壁的分解。特别是，据报道，植物病原真菌通常能生物降解聚酯，因为它们能够产生角质酶，因为角质酶与植物聚合物角质相似，能够产生针对塑料聚合物的角质。”

挑战依然存在

由于Rüthi等人只在15°C下进行了消化测试，他们还不知道成功菌株的酶工作的最佳温度。

Frey说：“但我们知道，大多数测试菌株在4°C至20°C之间都能很好地生长，最适温度在15°C左右。”

 “下一个重大挑战将是识别微生物菌株产生的塑料降解酶，并优化获得大量蛋白质的过程。此外，可能需要对酶进行进一步修饰，以优化蛋白质稳定性等特性。”