原创《吃掉塑料的酶》
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从中科院天津工业生物技术研究所传来最新信息,一种专门用于分解PET塑料的水解酶研究取得重要突破,未来将据此培育出专“吃”PET塑料的新酶种,通过生物降解方法帮助解决日益严重的塑料垃圾污染问题.该研究成果已发表在最新一期《自然·通讯》杂志.
PET全称“聚对苯二甲酸乙二酯”,是以石油为原料的常见化工材料,广泛用于生产食品容器和电子产品,PET塑料已占全球聚合物总量18%,废弃后在自然界中极难降解,是白色污染的重要来源.
长久以来科学界一直在寻找有效的PET生物降解方法.日前,中国科学院天津工业生物技术研究所郭瑞庭研究员带领的结构生物学与蛋白酶学研究团队利用X光晶体学技术,成功解析了新型PET水解酶的高分辨率结构,同时,团队还在国内首次获得了PET水解酶与其底物类似物的复合体结构.
科研人员通过整体的蛋白质结构比对发现,PET水解酶与先前报道的其他PET分解酶非常相像,只有活性区的两个结构特征不同.该项研究对PET水解酶甚至对酶学的研究都具有重要指导意义,阐明了PET水解酶的降解机理,对理解PET塑料的生物降解过程,加快降解PET新酶开发与利用,尽快实现PET水解酶工业化应用具有重要意义.
目前,郭瑞庭研究团队正利用所获得的结构学信息,加速对PET水解酶进行更加深入的理性设计和定向进化改造,以期培育出专门降解PET塑料新酶,早日实现PET塑料无害化生物降解.
食物链中的塑料微粒
塑料污染已经扩散到多远？英国《自然·通讯》杂志日前发表的一项环境学研究称,曾经纯净的海冰正成为塑料微粒的临时“储存库”——海冰内含有大量塑料微粒（直径小于5毫米的塑料）,它们是随海冰移动而扩散至北冰洋的.该发现同时证实,大量塑料微粒可能因气候变化导致的海冰消融而被释放进入海洋.
每年大量塑料垃圾涌入海洋,其中大块塑料会分解为微粒.此前一项研究显示,已有数以万亿计的塑料微粒出现在北极海冰中,每立方米海冰含有多达240个塑料微粒,这一密度约是太平洋垃圾漂浮带塑料微粒的2000倍.
此次,德国阿尔弗雷德·魏格纳极地与海洋研究院科学家埃尔科·皮肯及其同事,分析了冰芯中塑料微粒的组成以及海冰的漂移轨迹,使用冰生长模型鉴定了究竟是哪些区域的塑料微粒在海冰生长期间被困在冰内,并鉴定出了不同起源冰芯内聚合物的独特组成.研究还表明,这些海冰样本源自美亚海盆和欧亚海盆,大部分是通过北极贯穿流（TranspolarDrift）穿过北冰洋中部的.
研究人员认为,北冰洋中部的塑料微粒分布比之前所想的要复杂得多.更严重的是,因海冰消融而释放的塑料微粒,很可能将遍布北冰洋表面和深水区域,被海洋中的滤食性动物吃掉,存留在它们体内,再经过食物链层层传递.
塑料微粒来源复杂广泛存在
去年,一项针对十多个国家自来水样本的调查研究发现,83%的自来水都被塑料微粒所污染,其中美国塑料微粒污染问题最严重,自来水受污染比例高达94%.“本次检测不过是验证了塑料微粒的普遍存在.瓶装水中的塑料微粒数量约是自来水的两倍,说明这些塑料微粒除了水源含有外,还有一部分可能来自瓶子,即包装.”
零废弃联盟政策顾问毛达博士表示,研究者还在海盐、鱼类、贝类等软体动物,甚至啤酒和蜂蜜中都发现过塑料微粒.“海盐、海洋生物是受海洋污染影响.但蜂蜜的产生经历了植物和动物的代谢过程,在其中发现塑料微粒,说明大自然的循环还有许多人们未知的部分.”
由中国科学院海岸带环境过程与生态修复重点实验室、中国科学院大学资源与环境学院共同发表的论文《海岸环境中微塑料污染及其生态效应研究进展》显示,海岸环境中的塑料微粒来源非常复杂,既有河流、排污、垃圾堆放等陆源输入,也有来自海洋漂浮垃圾随洋流和潮汐的输入.陆源输入中,污水的大量排放及垃圾堆放等是塑料微粒的主要来源.一些洗涤剂、生活护肤及工业原料等工业品中含有大量塑料微粒,由于其粒径小、密度低等原因不易从污水中分离或去除.“塑料垃圾在风吹日晒下逐渐变成碎片和微粒进入环境.牙膏、沐浴露、洗面奶、化妆品等个人护理产品含有大量人为生产的塑料微粒.”毛达说.
WHO将评估塑料微粒的健康风险
“塑料微粒可能本身毒性小或没有毒性,但由于颗粒小、有疏水性等特征,是持久性有机污染物等有毒有害化学物质的载体.”毛达说.
《海岸环境中微塑料污染及其生态效应研究进展》显示,收集17个国家和地区海岸水体中100多个塑料微粒发现,其表面除了吸附有机污染物外,还会吸附金属元素、纳米颗粒等.研究还发现,聚乙烯型微塑料对多环芳烃的吸附要高于聚丙烯型.而矿泉水瓶类使用的材料基本是聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙二酯（聚酯）（PET）等.
世界卫生组织（WHO）日前表示,将对饮用水中的塑料微粒健康风险开展评估.负责WHO水和卫生全球工作的协调者布鲁斯·高登表示,饮用水中的塑料微粒是否含有害或有毒的成分,会对身体产生什么影响,目前这些都没有研究.
据联合国统计,全球塑料的年产量预计可达3亿多吨,其中半数都只用过一次就丢弃了.到2050年,世界人口将飙升至近100亿,塑料产量预计也将随之增加两倍.问题是,如今只有小部分塑料得到回收；剩余的则停留在周围环境中,在土壤和海洋中不断蔓延,如同疾病.从美国丢弃的垃圾最终可抵达南极.海水将塑料从海岸拖进一个巨大的漩涡,它在风力作用下不断搅动着,还有其他洋流推动垃圾遍布洋面各处.事实上,海洋就是一个整体,没有界限.
有研究发现,90%的越洋迁徙海鸟一生中都吞食过塑料.专注于研究海鸟生存困境的珍妮弗·莱弗思博士介绍,研究人员收集的最高纪录是一只90天的雏鸟体内发现了276片塑料,占这只鸟体重的15%.
据联合国环境规划署统计,每年有超过800万吨塑料被遗弃在海洋,占海洋垃圾的80%.这不仅威胁海洋野生动植物的生存,还会破坏渔业和旅游业,对整个海洋生态系统造成至少80亿美元的损失.
减少海洋垃圾需全球行动
联合国秘书长海洋事务特使彼得·汤姆森表示,海洋处在极大的危险中.这一趋势如果持续下去,预计到2050年,海洋中塑料的总重量将超过鱼类总和,全球99%的海鸟都会误食塑料制品.全球塑料消耗量正以每年8%的速度增长.我们必须开始考虑合理化使用,大力推行塑料再利用,一次性塑料制品必须淘汰.目前,卢旺达是少数几个禁止使用塑料袋的国家之一；在海地,政府开设了“塑料银行”,回收塑料可兑换或者手机充电服务.
去年2月,联合国发起了一项大规模的“清洁海洋全球运动”,旨在促使各国政府出台“限塑令”,督促行业减少塑料的生产和用量,重新设计塑料包装；呼吁消费者减少塑料的过度使用,并改变随意丢弃垃圾的习惯,以最终避免对海洋造成不可逆转的影响.
在未来,“清洁海洋全球运动”将持续宣传各国各企业在减少塑料垃圾方面实行的雄心勃勃的措施,比如消除个人护理产品中的塑料微珠、推行塑料袋“禁令”或征收塑料袋税、大幅减少各种一次性塑料产品的使用.目前,包括比利时、哥斯达黎加、法国等10个国家已加入了这项运动.印度尼西亚决心在2025年前将海洋垃圾数量减少70%；乌拉圭将在今年下半年对一次性塑料袋征税；哥斯达黎加将通过完善废物管理体系,并在民间普及相关知识,推动民众减少一次性塑料制品的使用.
塑料论文参考资料：
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