研究人员长期以来一直观察到，一种常见的环境细菌，共生菌，生长在城市河流和污水系统中散落的塑料上。但是这些单胞菌到底在做什么仍然是一个谜。

现在，西北大学领导的研究人员发现了一种单胞菌细菌的细胞是如何分解塑料作为食物的。首先，它们将塑料咀嚼成小块，称为纳米塑料。然后，它们分泌一种特殊的酶来进一步分解塑料。最后，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开辟了新的可能性，以帮助清理难以清除的塑料废物，这些废物污染了饮用水并危害了野生动物。

这项研究发表在《环境科学与技术》杂志上。

西北大学的Ludmilla Aristilde是这项研究的负责人，他说:“我们第一次系统地证明，废水中的细菌可以吸收塑料原料，使其变质、破碎、分解，并将其作为碳的来源。”“令人惊讶的是，这种细菌可以完成整个过程，我们发现了一种负责分解塑料材料的关键酶。这可以被优化和利用，以帮助消除环境中的塑料。”

作为环境过程中有机物动力学方面的专家，Aristilde是西北大学麦考密克工程学院环境工程副教授。她也是合成生物学中心、国际纳米技术研究所和Paula M. Trienens可持续发展与能源研究所的成员。该研究的共同第一作者是丽贝卡·威尔克斯(Rebecca Wilkes)，她曾是阿里斯蒂尔德实验室的博士生，而周南清(Nanqing Zhou)是阿里斯蒂尔德实验室的现任博士后。阿里斯蒂尔德实验室的几位前研究生和本科生研究人员也参与了这项工作。

污染问题

这项新研究建立在Aristilde团队之前的研究基础上，该研究揭示了睾酮单胞菌代谢分解植物和塑料产生的简单碳的机制。在新的研究中，Aristilde和她的团队再次研究了C. testosterone，它生长在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上，这是一种通常用于食品包装和饮料瓶的塑料。因为PET不易分解，所以它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量的12%，”Aristilde说。“它占废水中微塑料的50%。”

天生的降解塑料的能力

为了更好地了解C. testosterone是如何与塑料相互作用并以塑料为食的，Aristilde和她的团队使用了多种理论和实验方法。首先，他们从废水中分离出细菌，并将其培养在PET薄膜和颗粒上。然后，他们使用先进的显微镜观察塑料材料的表面如何随时间变化。

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，研究人员观察了细菌内部，以确定细菌用来帮助降解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，”阿里斯蒂尔德说。“我们发现废水细菌有一种与生俱来的能力，可以将塑料一直降解到单体，这些单体是连接在一起形成聚合物的小构件。这些小单位是细菌可以用来生长的生物可利用的碳源。”

在确认C.睾丸激素确实可以分解塑料后，阿里斯蒂德下一步想要了解如何分解塑料。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细菌在接触PET塑料时表达的特定酶。为了进一步探索这种酶的作用，Aristilde要求田纳西州橡树岭国家实验室的合作者准备没有能力表达这种酶的细菌细胞。值得注意的是，没有这种酶，细菌降解塑料的能力就会丧失或显著减弱。

塑料在水中是如何变化的

尽管Aristilde认为这一发现可能会被用于环境解决方案，但她也表示，这一新知识可以帮助人们更好地了解塑料在废水中的演变过程。

“废水是微塑料和纳米塑料的巨大储存库，”阿里斯蒂尔德说。“大多数人认为纳米塑料进入污水处理厂时就是纳米塑料。但我们正在展示纳米塑料可以在废水处理过程中通过微生物活动形成。这是我们需要注意的，因为我们的社会试图了解塑料从废水到接收河流和湖泊的整个过程中的行为。”