塑料污染的终结？科学家发现使聚苯乙烯生物可降解的酶

塑料污染问题长期以来一直是环境保护的一大挑战。然而，一项突破性的科学发现可能为这一问题提供解决方案。研究人员已经解码了一种细菌酶，这对于分解苯乙烯——聚苯乙烯生产中使用的一种元素——至关重要。传统上，聚苯乙烯缺乏生物技术回收方法，但现在这一新发现可能改变局面。

由瑞士保罗谢勒研究所的李晓丹博士和德国波鸿鲁尔大学微生物生物技术研究小组负责人Dirk Tischler教授领导的国际团队，已经解开了一种在苯乙烯降解中起关键作用的细菌酶的密码。这为生物技术应用铺平了道路。研究人员在《自然化学》杂志上发表了他们的发现。

苯乙烯是一种在环境中存在物质，每年有数百万吨的苯乙烯被生产和运输，其中一部分无意中释放到环境中。苯乙烯还自然存在于煤焦油和褐煤焦油中，可能以微量存在于某些植物的精油中，并在植物材料分解过程中形成。因此，微生物学会处理甚至代谢苯乙烯并不令人惊讶。

细菌和真菌以及人体都利用氧气激活苯乙烯，形成苯乙烯氧化物。苯乙烯本身是有毒的，而苯乙烯氧化物的危害更大。因此，快速的代谢至关重要。在某些微生物以及人体中，这个过程形成的环氧化物通常会发生谷胱甘肽结合，使其更易溶于水，更容易分解和排泄。

然而，这一过程虽然快速，但对细胞来说代价昂贵。为了分解苯乙烯氧化物，需要牺牲一个谷胱甘肽分子。目前鲁尔大学波鸿分校的MiCon研究生院正在进行相关研究，该研究由德国研究基金会（DFG）资助。

一些微生物开发了一种更有效的变体。它们使用一种小的膜蛋白——即苯乙烯氧化物异构酶，来分解这种环氧化物。苯乙烯氧化物异构酶在土壤细菌Rhodococcus中首次富集后，研究人员观察到其红色并表明这种酶与膜结合。多年来，Tischler和他的团队研究了这个家族中的各种酶，并主要在生物催化中使用它们。

所有这些苯乙烯氧化物异构酶都具有高催化效率，非常快速，且不需要任何额外的物质（辅助底物）。因此，它们不仅允许在生物体内快速解毒有毒的苯乙烯氧化物，而且在精细化学品合成领域具有强大的生物技术应用。

为了优化后者，我们需要了解它们的功能。Tischler指出：“在瑞士、新加坡、荷兰和德国研究人员的国际合作中，我们在这一领域取得了相当大的进展。”

该团队展示了这种酶在自然界中以三聚体的形式存在，每个相同的单元之间有一个血红素辅因子，并且这个辅因子装载有一个铁离子。血红素是所谓的活性口袋的重要组成部分，与底物的固定和转化有关。血红素辅因子中的铁离子通过协调苯乙烯氧化物的氧原子来激活底物。

这意味着在蛋白质中血红素的新生物学功能已经被全面描述了。

这项突破性的研究不仅为聚苯乙烯塑料的生物降解提供了可能，也为减少全球塑料污染提供了希望。随着生物技术的发展，未来我们可能会看到更多传统塑料的环保替代品。这项研究的成功展示了国际合作在解决全球性问题中的重要性，并为塑料回收和处理提供了新的思路。你对这项能够使聚苯乙烯生物降解的酶的发现感到兴奋吗？它将如何影响我们对抗塑料污染的战斗？在评论区分享你的想法，让我们一起探讨如何利用这一发现推动可持续发展。

参考资料：DOI： 10.1038/s41557-024-01523-y