爱吃塑料的细菌

把塑料当“美味”

什么？竟然有细菌喜欢吃塑料？那难以分解的塑料垃圾岂不是“危险”了……这是怎么回事呢？ 

无处不在的塑料

人类给地球带来了很多非天然的物质，塑料就是其中之一。

塑料是以石油为原料人工制造出来的，是经过化学反应生成的极其巨大的长链分子。为了追求卓越的产品性能，我们人类生产的塑料往往还非常结实。

例如聚对苯二甲酸乙二酯（缩写为PET），既耐高温又耐腐蚀，几乎无法被大自然降解掉。这种塑料的名字太长，有些小朋友或许没听说过。但是，只要你随便拿起身边的一个饮料瓶，就能在瓶底附近看到“PET”的字样。实际上，它在我们的生活中无处不在，因而也带来了严重的塑料污染问题。

△标有“PET”字样的瓶底

神奇细菌爱吃塑料

PET的长链中满是碳原子、氢原子和氧原子，而葡萄糖同样是由碳、氢、氧元素组成的，那为什么PET不能像葡萄糖一样，作为生命的能量来源呢？

△葡萄糖是生命的来源

将塑料作为生命能量来源，这听上去仿佛是完全不可能的事情。然而，竟有细菌做到了这一点。科学家们在专门回收处理PET的工厂里，分离得到一种名为Ideonella sakaiensis（细菌新种，暂无中文学名）的神奇细菌，它能够将PET转化为可利用的能量物质。

△能够转化塑料的神奇细菌

吃塑料的关键——酶

这种神奇的细菌是如何吃塑料的呢？原来，它对自身本来就有的一种天然酶做了“改造”，这种酶就是角质酶。

生命的存在，会不断消耗能量，不断代谢物质，而这些过程所涉及到的化学反应往往不是快就是慢，不能直接为生命所用。所以，生命体内产生了具有催化作用的酶，来提升或减缓化学反应速度。这些酶大多是蛋白质，也有一小部分是核糖核酸。

角质酶本来是细菌用来对付植物的，能够把植物表面的角质分子分解掉，从而让细菌得到能利用的能量物质。角质酶就像一把剪子，而角质分子就像一根长绳，当这根长绳被角质酶“剪”成一段段的时候，就能够被细菌分解利用了。

△塑料的广泛使用带来了严重的污染问题

塑料PET与角质分子有点儿类似，都是长长的链状分子，不同之处在于：角质分子又窄又细，而PET上有各种苯环类的基团，所以又宽又粗。如果说角质分子像一根细的跳绳，那么PET就像一根粗的拔河绳。所以，当角质酶碰到PET时，根本就没法“咬住”这根粗大的拔河绳。用生物学的专业术语来说就是，角质酶的底物口袋太小，无法容纳像PET这么巨大的反应底物，因此无法与PET结合，也就无法催化PET的降解反应。

细菌Ideonella sakaiensis生存在满是PET的环境中，角质酶发生了进化，最终得到了一种PET降解酶。也就是说，它的底物口袋张得比普通角质酶更大，因而获得了“咬住”PET的能力，就能够催化PET的降解反应了。

科学家给出的答案

我国科学家近期发表了一篇论文。这些科学家研究了这种PET降解酶的三维结构，又与原始的角质酶结构进行了对比，结果发现底物口袋变大，是由口袋边缘的一个氨基酸（构成蛋白质的小分子）——色氨酸来实现的。当PET结合到底物口袋中时，这个色氨酸就会把自己巨大的侧链转到另一个方向，就好像把锅盖从锅口拿开一样，腾出了足够的空间。

PET降解酶中的这个色氨酸之所以会获得“移动技能”，是因为它下方的另外两个氨基酸与角质酶相比发生了变化。在角质酶的结构中，这个色氨酸被它下方的两个大侧链氨基酸牢牢地“粘”住了。而在PET降解酶中，这个色氨酸下方的两个氨基酸发生了突变，侧链小而灵活，才让色氨酸本身也有了活动的余地。

色氨酸下方两个氨基酸的变化， 只涉及到编码基因上3个位点的突变。要知道，细菌几十分钟就可以生长一代，自从塑料问世以来，也许已经繁衍了几十万代了。对于如此之多的细菌来说，累积3处突变是绰绰有余的。所以，细菌能进化产生这种神奇的功能就不足为怪了！

△塑料未来可能会成为自然循环的一部分

科学家解开了这种细菌的进化之迷，就可以在实验室中重现类似的进化方式，从而实现塑料的高效降解。未来，塑料说不定可以重新成为自然循环的一部分。这或许才是应对人类制造的各种污染物的最佳途径！