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天大学子研发可以“吃掉”塑料的混菌系统
发布时间:2016-11-15        

  本站讯(通讯员 张华 余海鹏)喝完丢弃的矿泉水瓶、海洋里的塑料垃圾等等,这些随处可见的废弃塑料是大自然中难以被降解的顽固垃圾,威胁着地球的环境。传统塑料垃圾的处理方法需要高温集中处理,能耗高、效率低,还会造成二次污染。有没有更好方法?有,可以让细菌把它们都“吃掉”。这就是天津大学化工学院本科生团队的研发成果:基于混菌体系的高效塑料生物降解系统。日前,该研究成果获得由美国麻省理工学院主办的2016国际遗传工程机器设计竞赛(iGEM)金奖及最佳环境项目单项奖提名。

  混菌系统是一种人工设计的细菌组织方式,就像细菌的“小社会”,让不同菌种各司其职。系统中的一部分细菌把塑料中的大分子降解成小分子,另一部分细菌再把小分子或吸收掉或转变为其他有益物质。项目团队成员在项目初期信心满满:“只要把细菌基因编辑,加入我们要的遗传序列,然后不同菌株混在一起就好了!”但是人不能直接和细菌“沟通”,没有办法告诉细菌什么时候应该表现出人工设计的功能。而且不同菌种生存能力有天壤之别,往往优势菌种会抢夺其他菌种营养物质,把其他菌种全部清除,造成“一家独大”。该学生团队通过上百组混菌实验不断摸索细菌培养条件,最终成功研发出了一个可以让各个不同菌种“和平共处”的混菌系统。他们在混菌系统中巧妙地设计了一种代谢路径,降低了菌与菌之间争夺营养物质的竞争,实现了混菌系统的稳定。该混菌系统可以完全降解生活常见塑料——聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。只需要把该混菌体系释放到自然界,它们就会高效地分解原来千百年都不会发生明显变化的聚酯塑料。该研究成果在未来可以实现塑料垃圾的就地分解。

  为了更快地降解塑料,该学生团队还应用基因编辑技术对降解塑料的关键——PETase酶进行了定点改造,成功提高了这种酶分解塑料的效率。除此之外,学生们还创造性地运用了无细胞培养(CELL-FREE)技术,通过把细胞里的物质放到试管中,建立了一个和细胞一模一样的“酶生产工厂”。这样一来,大大简化了筛选PETase酶的操作步骤,大幅提高了PETase酶的生产速率。

  (编辑 靳莹 侯若雪)

 
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