研究人员长期观察到，一种常见的环境细菌科——康马叶菌科（Comamonadacae），生长在遍布城市河流和废水系统的塑料上。但具体这种细菌在做什么一直是个谜。现在，由西北大学引领的研究者们发现了一种康马菌是如何分解塑料以作为食物的。首先，它们将塑料咀嚼成小块，称为纳米塑料。然后，它们分泌一种专门的酶，进一步分解塑料。最后，研究人员发现，细菌用塑料中碳原子环作为食物来源。
“我们首次系统性地展示了一种废水细菌可以从起始的塑料材料出发，导致其退化、分解并利用其作为碳源，”西北大学的Ludmilla Aristilde说，她领导了发表在《环境科学与技术》期刊上的这项研究。“令人惊讶的是，这种细菌能够执行整个过程，并且我们鉴定出了一种负责分解塑料材料的关键酶。”
这一发现为开发基于细菌的工程解决方案以帮助清除难以去除的塑料废物打开了新可能，这些废物污染了饮用水并危害野生动物。研究人员
作为环境过程中的有机物动力学专家，Aristilde是麦考密克工程学院的环境工程副教授。她还隶属于合成生物学中心、国际纳米技术研究所和Paula M. Trienens可持续发展与能源研究所。
这项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Nanqing Zhou。Aristilde实验室的多名前研究生和本科研究人员也为这项工作做出了贡献。污染问题
这项新研究以Aristilde团队此前的研究为基础，他们揭示了康马叶菌能够代谢从腐烂的植物和塑料中生成的简单碳的机制。
在新研究中，Aristilde及其团队再次研究了C. testosteroni，这种细菌生长在一种常用于食品包装和饮料瓶的塑料——聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）上。由于其不易分解，PET是塑料污染的主要来源。“PET塑料占全球塑料使用总量的12%,”Aristilde说。“它占到了废水中微塑料的50%。”
降解塑料的内在能力
为了更好地理解C. testosteroni如何与塑料相互作用并以此为食，Aristilde及其团队采用了多种理论和实验方法。首先，他们在PET膜和颗粒上培养细菌，观察塑料材料表面随时间变化的情况。接着，他们检查了细菌周围的水，寻找塑料降解为更小的纳米级碎片的证据。最后，研究人员在细菌内部寻找帮助降解PET的工具。“在这种细菌的存在下，微塑料被分解为微小的塑料纳米颗粒，”
Aristilde说。“我们发现，废水细菌具有降解塑料直至单体的内在能力，这些小单元结合起来形成聚合物。这些小单位是细菌可以用来增长的生物可利用碳源。”关键酶
Aristilde接下来希望了解C. testosteroni如何分解塑料。通过能够测量细胞内部所有酶的组学技术，她的团队发现了一种细菌在暴露于PET塑料时表达的特定酶。
为了进一步探索这种酶的作用，Aristilde邀请位于田纳西的橡树岭国家实验室的合作伙伴准备了不能表达这种酶的细胞。令人惊讶的是，没有这种酶，细菌的塑料降解能力消失或显著减弱。水中塑料的变化
尽管Aristilde设想这一发现潜在地可以用于环境解决方案，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。“废水是微塑料和纳米塑料的巨大储库，”Aristilde说。
“大多数人认为纳米塑料作为纳米塑料进入废水处理厂。但我们显示，纳米塑料可以在废水处理过程中通过微生物活动形成。这是我们社会在试图理解塑料从废水到接受河流和湖泊的历程时需要关注的事情。”