吃掉塑料的“酶”

孫玉松? 張夢(mèng)然 羅晨

從中科院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所傳來(lái)最新信息，一種專門用于分解PET塑料的水解酶研究取得重要突破，未來(lái)將據(jù)此培育出?！俺浴盤ET塑料的新酶種，通過(guò)生物降解方法幫助解決日益嚴(yán)重的塑料垃圾污染問(wèn)題。該研究成果已發(fā)表在最新一期《自然·通訊》雜志。

PET全稱“聚對(duì)苯二甲酸乙二酯”，是以石油為原料的常見(jiàn)化工材料，廣泛用于生產(chǎn)食品容器和電子產(chǎn)品，PET塑料已占全球聚合物總量18%，廢棄后在自然界中極難降解，是白色污染的重要來(lái)源。

長(zhǎng)久以來(lái)科學(xué)界一直在尋找有效的PET生物降解方法。日前，中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所郭瑞庭研究員帶領(lǐng)的結(jié)構(gòu)生物學(xué)與蛋白酶學(xué)研究團(tuán)隊(duì)利用X光晶體學(xué)技術(shù)，成功解析了新型PET水解酶的高分辨率結(jié)構(gòu)，同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還在國(guó)內(nèi)首次獲得了PET水解酶與其底物類似物的復(fù)合體結(jié)構(gòu)。

科研人員通過(guò)整體的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)比對(duì)發(fā)現(xiàn)，PET水解酶與先前報(bào)道的其他PET分解酶非常相像，只有活性區(qū)的兩個(gè)結(jié)構(gòu)特征不同。該項(xiàng)研究對(duì)PET水解酶甚至對(duì)酶學(xué)的研究都具有重要指導(dǎo)意義，闡明了PET水解酶的降解機(jī)理，對(duì)理解PET塑料的生物降解過(guò)程，加快降解PET新酶開(kāi)發(fā)與利用，盡快實(shí)現(xiàn)PET水解酶工業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。

目前，郭瑞庭研究團(tuán)隊(duì)正利用所獲得的結(jié)構(gòu)學(xué)信息，加速對(duì)PET水解酶進(jìn)行更加深入的理性設(shè)計(jì)和定向進(jìn)化改造，以期培育出專門降解PET塑料新酶，早日實(shí)現(xiàn)PET塑料無(wú)害化生物降解。

食物鏈中的塑料微粒

塑料污染已經(jīng)擴(kuò)散到多遠(yuǎn)？英國(guó)《自然·通訊》雜志日前發(fā)表的一項(xiàng)環(huán)境學(xué)研究稱，曾經(jīng)純凈的海冰正成為塑料微粒的臨時(shí)“儲(chǔ)存庫(kù)”——海冰內(nèi)含有大量塑料微粒（直徑小于5毫米的塑料），它們是隨海冰移動(dòng)而擴(kuò)散至北冰洋的。該發(fā)現(xiàn)同時(shí)證實(shí)，大量塑料微粒可能因氣候變化導(dǎo)致的海冰消融而被釋放進(jìn)入海洋。

每年大量塑料垃圾涌入海洋，其中大塊塑料會(huì)分解為微粒。此前一項(xiàng)研究顯示，已有數(shù)以萬(wàn)億計(jì)的塑料微粒出現(xiàn)在北極海冰中，每立方米海冰含有多達(dá)240個(gè)塑料微粒，這一密度約是太平洋垃圾漂浮帶塑料微粒的2000倍。

此次，德國(guó)阿爾弗雷德·魏格納極地與海洋研究院科學(xué)家埃爾科·皮肯及其同事，分析了冰芯中塑料微粒的組成以及海冰的漂移軌跡，使用冰生長(zhǎng)模型鑒定了究竟是哪些區(qū)域的塑料微粒在海冰生長(zhǎng)期間被困在冰內(nèi)，并鑒定出了不同起源冰芯內(nèi)聚合物的獨(dú)特組成。研究還表明，這些海冰樣本源自美亞海盆和歐亞海盆，大部分是通過(guò)北極貫穿流（TranspolarDrift）穿過(guò)北冰洋中部的。

研究人員認(rèn)為，北冰洋中部的塑料微粒分布比之前所想的要復(fù)雜得多。更嚴(yán)重的是，因海冰消融而釋放的塑料微粒，很可能將遍布北冰洋表面和深水區(qū)域，被海洋中的濾食性動(dòng)物吃掉，存留在它們體內(nèi)，再經(jīng)過(guò)食物鏈層層傳遞。

塑料微粒來(lái)源復(fù)雜廣泛存在

去年，一項(xiàng)針對(duì)十多個(gè)國(guó)家自來(lái)水樣本的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，83%的自來(lái)水都被塑料微粒所污染，其中美國(guó)塑料微粒污染問(wèn)題最嚴(yán)重，自來(lái)水受污染比例高達(dá)94%?！氨敬螜z測(cè)不過(guò)是驗(yàn)證了塑料微粒的普遍存在。瓶裝水中的塑料微粒數(shù)量約是自來(lái)水的兩倍，說(shuō)明這些塑料微粒除了水源含有外，還有一部分可能來(lái)自瓶子，即包裝?！?/p>

零廢棄聯(lián)盟政策顧問(wèn)毛達(dá)博士表示，研究者還在海鹽、魚(yú)類、貝類等軟體動(dòng)物，甚至啤酒和蜂蜜中都發(fā)現(xiàn)過(guò)塑料微粒。“海鹽、海洋生物是受海洋污染影響。但蜂蜜的產(chǎn)生經(jīng)歷了植物和動(dòng)物的代謝過(guò)程，在其中發(fā)現(xiàn)塑料微粒，說(shuō)明大自然的循環(huán)還有許多人們未知的部分?！?/p>

由中國(guó)科學(xué)院海岸帶環(huán)境過(guò)程與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院共同發(fā)表的論文《海岸環(huán)境中微塑料污染及其生態(tài)效應(yīng)研究進(jìn)展》顯示，海岸環(huán)境中的塑料微粒來(lái)源非常復(fù)雜，既有河流、排污、垃圾堆放等陸源輸入，也有來(lái)自海洋漂浮垃圾隨洋流和潮汐的輸入。陸源輸入中，污水的大量排放及垃圾堆放等是塑料微粒的主要來(lái)源。一些洗滌劑、生活護(hù)膚及工業(yè)原料等工業(yè)品中含有大量塑料微粒，由于其粒徑小、密度低等原因不易從污水中分離或去除?！八芰侠陲L(fēng)吹日曬下逐漸變成碎片和微粒進(jìn)入環(huán)境。牙膏、沐浴露、洗面奶、化妝品等個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品含有大量人為生產(chǎn)的塑料微粒。”毛達(dá)說(shuō)。

WHO將評(píng)估塑料微粒的健康風(fēng)險(xiǎn)

“塑料微粒可能本身毒性小或沒(méi)有毒性，但由于顆粒小、有疏水性等特征，是持久性有機(jī)污染物等有毒有害化學(xué)物質(zhì)的載體?！泵_(dá)說(shuō)。

《海岸環(huán)境中微塑料污染及其生態(tài)效應(yīng)研究進(jìn)展》顯示，收集17個(gè)國(guó)家和地區(qū)海岸水體中100多個(gè)塑料微粒發(fā)現(xiàn)，其表面除了吸附有機(jī)污染物外，還會(huì)吸附金屬元素、納米顆粒等。研究還發(fā)現(xiàn)，聚乙烯型微塑料對(duì)多環(huán)芳烴的吸附要高于聚丙烯型。而礦泉水瓶類使用的材料基本是聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（聚酯）（PET）等。

世界衛(wèi)生組織（WHO）日前表示，將對(duì)飲用水中的塑料微粒健康風(fēng)險(xiǎn)開(kāi)展評(píng)估。負(fù)責(zé)WHO水和衛(wèi)生全球工作的協(xié)調(diào)者布魯斯·高登表示，飲用水中的塑料微粒是否含有害或有毒的成分，會(huì)對(duì)身體產(chǎn)生什么影響，目前這些都沒(méi)有研究。

據(jù)聯(lián)合國(guó)統(tǒng)計(jì)，全球塑料的年產(chǎn)量預(yù)計(jì)可達(dá)3億多噸，其中半數(shù)都只用過(guò)一次就丟棄了。到2050年，世界人口將飆升至近100億，塑料產(chǎn)量預(yù)計(jì)也將隨之增加兩倍。問(wèn)題是，如今只有小部分塑料得到回收；剩余的則停留在周圍環(huán)境中，在土壤和海洋中不斷蔓延，如同疾病。從美國(guó)丟棄的垃圾最終可抵達(dá)南極。海水將塑料從海岸拖進(jìn)一個(gè)巨大的漩渦，它在風(fēng)力作用下不斷攪動(dòng)著，還有其他洋流推動(dòng)垃圾遍布洋面各處。事實(shí)上，海洋就是一個(gè)整體，沒(méi)有界限。

有研究發(fā)現(xiàn)，90%的越洋遷徙海鳥(niǎo)一生中都吞食過(guò)塑料。專注于研究海鳥(niǎo)生存困境的珍妮弗·萊弗思博士介紹，研究人員收集的最高紀(jì)錄是一只90天的雛鳥(niǎo)體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了276片塑料，占這只鳥(niǎo)體重的15%。

據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署統(tǒng)計(jì)，每年有超過(guò)800萬(wàn)噸塑料被遺棄在海洋，占海洋垃圾的80%。這不僅威脅海洋野生動(dòng)植物的生存，還會(huì)破壞漁業(yè)和旅游業(yè)，對(duì)整個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)造成至少80億美元的損失。

減少海洋垃圾需全球行動(dòng)

聯(lián)合國(guó)秘書長(zhǎng)海洋事務(wù)特使彼得·湯姆森表示，海洋處在極大的危險(xiǎn)中。這一趨勢(shì)如果持續(xù)下去，預(yù)計(jì)到2050年，海洋中塑料的總重量將超過(guò)魚(yú)類總和，全球99%的海鳥(niǎo)都會(huì)誤食塑料制品。全球塑料消耗量正以每年8%的速度增長(zhǎng)。我們必須開(kāi)始考慮合理化使用，大力推行塑料再利用，一次性塑料制品必須淘汰。目前，盧旺達(dá)是少數(shù)幾個(gè)禁止使用塑料袋的國(guó)家之一；在海地，政府開(kāi)設(shè)了“塑料銀行”，回收塑料可兌換現(xiàn)金或者手機(jī)充電服務(wù)。

去年2月，聯(lián)合國(guó)發(fā)起了一項(xiàng)大規(guī)模的“清潔海洋全球運(yùn)動(dòng)”，旨在促使各國(guó)政府出臺(tái)“限塑令”，督促行業(yè)減少塑料的生產(chǎn)和用量，重新設(shè)計(jì)塑料包裝；呼吁消費(fèi)者減少塑料的過(guò)度使用，并改變隨意丟棄垃圾的習(xí)慣，以最終避免對(duì)海洋造成不可逆轉(zhuǎn)的影響。

在未來(lái)，“清潔海洋全球運(yùn)動(dòng)”將持續(xù)宣傳各國(guó)各企業(yè)在減少塑料垃圾方面實(shí)行的雄心勃勃的措施，比如消除個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品中的塑料微珠、推行塑料袋“禁令”或征收塑料袋稅、大幅減少各種一次性塑料產(chǎn)品的使用。目前，包括比利時(shí)、哥斯達(dá)黎加、法國(guó)等10個(gè)國(guó)家已加入了這項(xiàng)運(yùn)動(dòng)。印度尼西亞決心在2025年前將海洋垃圾數(shù)量減少70%；烏拉圭將在今年下半年對(duì)一次性塑料袋征稅；哥斯達(dá)黎加將通過(guò)完善廢物管理體系，并在民間普及相關(guān)知識(shí)，推動(dòng)民眾減少一次性塑料制品的使用。