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意外拯救了地球!科學家合成超級酶可快速分解塑料,價值不可估量

發表在《美國國家科學院院刊》上的一篇論文《塑料解聚雙酶體系的表徵與工程研究》顯示,科學家將兩種細菌產生的酶通過基因工程手段鏈接在一起,使得這種雙酶混合體具有超強的分解塑料的能量。


其分解速度是單酶分解速度的六倍,未來將這種混合酶應用於商業,不僅能夠解決地球環境汙染的問題,而且塑料能夠真正做到無限的循環使用,可以說價值不可估量。
下面我們就瞭解下這項不可思議的研究。
塑料這種材料可以說是人類非常偉大的發明。你想想,要是沒有塑料,你所見到的很多東西都沒有辦法製造出來;

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因為沒有任何一種材料能像塑料這樣便宜、強度高、可塑性強、耐腐蝕、抗酸、抗任何有機溶劑的溶解;
但是正是塑料的這種特性,它很難被自然分解,就一個小小的吸管,用起來也就是3到5分鐘的事,但是它要被大自然分解至少需要500年。
而且有些形式的塑料分解起來更加困難,上千年、上萬年地球都難以將其消化。
可是人類的生產生活又離不開塑料,並且使用的相當廣泛,基本上每一個人每天都會產生塑料垃圾。

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每一年僅我國就要成生產數千萬噸的塑料,其中將近有數百萬噸流入大自然,包括野外、各大陸地水域、以及海洋,其他大部分只能通過掩埋的方式處理,而回收重複利用的只是一小部分。
所以長此以往,未來的地球就會變成一個塑料球,表面都是塑料,嚴重破壞自然環境。
在回收重複使用的塑料中,有一種叫PET,基本上你每天都會用到這種塑料,因為它是食品外包裝、盛食品的塑料、塑料瓶的材料。

你現在可以拿個塑料瓶看下,它的底部有一個循環的三角形,裡面寫個數字1,就代表著這種塑料是PET,可以回收充分利用。
數字越大,說明這種塑料對人體的傷害也就越大,從1到7分別代表了不同的塑料,它們都有不同的用途。


PET一般被回收以後,並不能再次被做成食品所使用的高端塑料製品,因為人類沒辦法將這種高分子聚合物的材料再次分解成它們的單體化學成分。
它們被回收以後,只能通過熱溶解做成一些次級產品,例如衣服(合成纖維,也叫滌綸、的確良)、地毯等等。
而要想再次製作食品所使用的高端塑料製品,就需要從原油中再次提煉原材料。所以說這樣的回收並不是我們想像的徹底的回收再利用。

要找到解決的辦法,我們就需要找到能夠分解PET塑料的辦法,使得它們回到最初的單體化學形態,再次被人類製成高端塑料。
這樣不僅能解決資源浪費、依賴的問題,也能夠解決環境汙染的問題。
2018年的時候科學家就在日本的一家塑料再加工廠中無意發現了一種細菌叫sakaiensis,這種細菌竟然可以以塑料為食,通過自身產生的一種酶(PETase)來分解聚乙烯對苯二甲酸脂(PET)獲得能量,供自己生存。

由於塑料製品是伴隨著人類工業出現的,也就是40年左右的時間,所以科學家認為這種細菌出現的分解塑料的能力也是在近幾十年通過基因突變產生的。
我們不得不佩服大自然的神奇能力,人類都無法分解的塑料,竟然被一個小小的細菌攻克,如果能將這種細菌進行大量的培養讓其生產更多PETase;
那麼未來我們將可以認為分解塑料,為大自然減輕負擔,並且分裂成的單個化學構建可以在被被製造成高端塑料,做到真正的重複使用。

隨後科學家使用了X射線衍射儀對這種酶的三維結構進行的觀察,這種儀器能夠產生強大的光源,能量比太陽光高100億倍,波長非常短,甚至能夠觀察到單個原子。

上圖就是PETase的三維結構,這個發現當時被廣泛的報導,認為科學家無意中找到了拯救地球的辦法。
現在看來事實正如報導中的那樣,這項研究又有了新的進展,科學家對這種細菌進行了基因改造使得這種細菌產生了一種比PETase分裂塑料速度快3倍的MHETase酶。
PETase這種酶能夠快速的分解PET塑料的表面,而MHETase酶具有快速切割塑料,將它們分裂成小塊的能力。
研究人員就想嘗試如果將這種酶在分子層面上鏈接起來呢?會發生什麼?
通過對它們進行改造,就製造出了下圖的樣子。

這種酶快樂的手拉手被研究人員連接在了一起,跟猜想的完全一樣,一個分解表面,一個快速的切割,使得製造出來的這種新型超級酶分解塑料的能力翻了一番。
這種超級酶不僅具有了快速分解PET的能力,還具有了分解PEF( 高壓聚乙烯)的能力,但效果遠沒有分裂PET來的好。
目前還不能分解其他類型的塑料。
雖然目前只能很好的分解PET,但是這項發現進展也為我們未來解決塑料困擾提供了很大幫助,畢竟PET在塑料製品中的使用可是相當的廣泛和頻繁。
其實每一個人每天產生的塑料垃圾中大多還是PET。
該研究團隊正在進行下一步研究,如何將其用於商業用途。主要的問題是,如何快速的製造出這種超級酶,畢竟塑料的生成的速度那是非常快,如果分解酶沒辦法大量生產,那麼也無法解決人類的困擾。

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