这种塑料在深海中消失——微生物使它发生
研究人员展示了一种在深海条件下分解的新型环保塑料。 在一项深海实验中，微生物合成的聚（d-乳酸-co-3-羟基丁酸酯）（LAHB）生物降解，而具有代表性的生物基聚丙交酯（PLA）等传统塑料则持续存在。 LAHB 薄膜浸入水下 855 米（~2,800 英尺），由于微生物生物膜主动分解材料，13 个月后损失了 80% 以上的质量。 该真实世界测试将 LAHB 确定为一种更安全的可生物降解塑料，支持全球减少海洋塑料垃圾的努力。 尽管生物基塑料越来越受欢迎，但塑料污染仍然是世界上最紧迫的环境问题之一。 根据经合组织的《全球塑料展望》（2022 年），2019 年全球产生了约 3.53 亿吨塑料垃圾，其中近 170 万吨直接流入水生生态系统。 大部分废物被困在大型旋转中洋流，称为环流，形成了在太平洋、大西洋和印度洋发现的臭名昭著的“垃圾带”。 为了解决这个问题，研究人员一直在寻找可以在深海环境中更可靠降解的塑料。 一种有前途的候选者是聚（d-乳酸-co-3-羟基丁酸酯）或LAHB，这是一种使用工程大肠杆菌生物合成的乳酸基聚酯。 到目前为止，LAHB 已显示出作为一种可生物降解聚合物的强大潜力，可在河水中分解和浅海水。 现在，在 2025 年 7 月 1 日在线提供的一项研究中，并发表在杂志第 240 卷聚合物降解与稳定性2025 年 10 月 1 日，来自日本的研究人员首次表明，LAHB 也可以在深海条件下生物降解，在深海条件下，低温、高压和营养物质过于有限 塑料的分解极其困难。 该研究由信州水再生研究所的田口诚一教授领导日本大学，与博士一起。 日本海洋地球科学技术机构 （JAMSTEC） 的 Shun'ichi Ishii 和日本群马大学食品科学与健康中心的 Ken-ichi Kasuya 教授。 “我们的研究首次表明，即使在深海海底，传统的 PLA 仍然完全不可降解，LAHB 是一种基于微生物乳酸的聚酯，也能经历主动生物降解和完全矿化，”教授解释道。 田口。 研究团队将两种类型的 LAHB 薄膜——一种含有约 6% 的乳酸 （P6LAHB） 和另一种含有 13% 乳酸 （P13LAHB） ——与传统的 PLA 薄膜一起进行比较。 样品被淹没在初岛附近 855 米深处，那里的深海条件、低温 （3.6 °C）、高盐度和低溶解氧水平使微生物难以降解塑料。 经过 7 个月和 13 个月的浸泡，LAHB 薄膜显示出清晰深海条件下生物降解的迹象。 P13LAHB膜在 7 个月后体重减轻了 30.9%，13 个月后减轻了 82% 以上。 P6LAHB薄膜也表现出类似的趋势。 相比之下，PLA薄膜在同一时期没有表现出可测量的重量损失或明显的降解，这凸显了其对微生物降解的抵抗力。 LAHB薄膜表面出现裂纹，并被由椭圆形和杆状微生物组成的生物膜覆盖，表明深海微生物正在定植和分解 LAHB 塑料。 然而，解放军的薄膜仍然完全没有生物膜。 为了了解塑料是如何分解的，研究人员分析了塑料圈，即塑料表面形成的微生物群落。 他们发现不同的微生物群发挥着不同的作用。 优势的丙种蛋白杆菌属，包括Colwellia、Pseudoteredininacter、Agarilytica和UBA7957，产生了称为细胞外的特殊酶聚[3-羟基丁酸酯（3HB）]解聚酶。 这些酶将长聚合物链分解成更小的片段，如二聚体和三聚体。 某些物种，例如 UBA7959，还会产生低聚物水解酶（如 PhaZ2），进一步裂解这些片段，将 3HB-3HB 或 3HB-LA 二聚体分解成其单体。 一旦聚合物被分解成这些更简单的组成部分，其他微生物，包括各种 α-变形菌和脱硫杆菌群，就会通过消耗单体如 3HB 和乳酸。 这些微生物群落共同作用，最终将塑料转化为二氧化碳、水和其他无害化合物，理想情况下会返回海洋生态系统。 这项研究的结果填补了我们对生物基塑料如何在偏远海洋环境中降解的理解的一个关键空白。 其经过验证的生物降解性使其成为制造更安全、更可生物降解的材料的有前途的选择。 “这项研究解决了其中一项当前生物塑料最关键的局限性——它们在海洋环境中缺乏生物降解性。 通过表明 LAHB 即使在深海条件下也能分解和矿化，该研究为传统塑料的更安全替代品提供了一条途径，并支持向循环生物经济的过渡，“教授说。 田口。