PET塑料降解微生物的研究进展

降解PET塑料微生物是研究PET塑料生物降解酶及其应有的重要基础。本文简要全面地对来自自然界的降解PET塑料微生物、从宏基因库组中筛选的PET塑料降解酶,以及基于生物技术改造的PET塑料降解微生物和酶等进行了综述,并展望了PET塑料降解微生物的研究发展趋势,为后续深入研究PET生物降解提供参考。

现代生物技术推动塑料中聚对苯二甲酸乙二酯绿色降解的研究进展

聚对苯二甲酸乙二酯(PET)因其耐用、可塑性强、安全性好等特点而广泛应用于食品包装和服装产业等领域,同时由于疏水性强、结晶度高等原因难以被微生物或酶降解利用,造成PET废弃物的不断积累,带来严重的环境和社会问题。部分高质量的PET净片可以再用到食品包装中,但绝大多数废弃PET通过常规的机械回收方法被降级利用,不能做到绿色高效回收。因此,解决“白色污染”,探索安全高效的生物降解方法成为急需攻克的重大研究课题。本文以石油基塑料的现状为背景,以PET的生物降解为切入点,综述了PET的生物降解研究现状,以宏基因组学、蛋白质组学为基础,重点总结了微生物和新酶基因的挖掘方法,并通过结构分析,以追溯不同来源的PET降解酶特性,利用定向改造和智能计算策略提高酶特性以及PET的降解效率。在改造降解酶的同时,探索对PET原材料的可降解性改良,提出了“双向改造”的思想。塑料降解酶新酶挖掘与工程改造、多酶催化体系开发以及塑料的可持续性能的改良等领域将成为塑料绿色降解的主流趋势,其为探索PET高效生物降解提供了新思路。

一株嗜热聚对苯二甲酸乙二醇酯降解菌的分离及其降解特性解析

【目的】大量聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)塑料作为废弃物被丢弃,严重危害生态健康。针对嗜热PET降解菌缺乏这一情况,本研究旨在获得能够降解PET的嗜热菌,并阐述其降解机制。【方法】采集云南腾冲热泉中的废弃PET瓶,分析其表面生物膜的微生物群落多样性,从中筛选能够以PET为营养源生长的嗜热菌,并基于16S rRNA基因序列加以鉴定;以菌株的定殖能力与生长曲线为指标,优选出降解能力较强的降解菌,并测定其最适pH、温度和NaCl浓度;降解能力较强的降解菌分别作用于PET及PET中间体双(羟乙基)对苯二甲酸酯[bis(hydroxyethyl)terephthalate,BHET]和对苯二甲酸单(2-羟乙基)酯[mono(2-hydroxyethyl)terephthalate,MHET],测定产物生成量与降解率;通过观察PET膜表面微观结构、活菌数、酯酶活性等探究降解菌与PET的互作过程。【结果】废弃PET瓶表面生物膜中的微生物群落多样性低;从生物膜中筛选出5株能够以PET为营养源生长的嗜热菌;其中,菌株JQ3以PET为唯一碳源生长最佳,作为降解能力较强的降解菌,被鉴定为嗜热淀粉芽孢杆菌(Bacillus thermoamylovorans),其最适生长pH为7.0、最适生长温度为50℃、最适生长NaCl浓度为0.5%;菌株JQ3以0.043 mg PET/d的速率降解PET,对苯二甲酸(terephthalic acid,TPA)产量在第7天达到峰值45.2 mmol/L;菌株JQ3对PET中间体降解效率显著,6 h可降解85.9%的BHET,60 h可降解50.1%的MHET。菌株JQ3能够定殖于PET表面并形成生物膜,侵蚀PET并造成开裂和剥落。【结论】B.thermoamylovorans JQ3作为一株嗜热PET降解菌,能够高温(60℃)降解PET及其中间体,为实现PET的有效降解提供了新策略。