合成的生物降解塑料在海洋栖息地

海洋环境是完全不同于陆地生态系统的温度、氧浓度和光照强度等因素。生物降解塑料垃圾的土地进行了几十年。接下来的问题是塑料在海洋环境中会发生什么变化?大约5.25万亿的塑料碎片漂浮在海面上¹已经被确认为一个严重的全球卫生问题。积累数据对海洋塑料给我们一个更好的升值的挑战和机遇与海洋生物降解塑料在海洋微生物及其酶和其潜在的用于海洋塑料治疗。

“失踪”难题的塑料垃圾在海洋里

大约1.5到4.1%的塑料生产全球进入海洋故意和un-intentionally;因此,总共大约117到3.2亿吨的塑料在海洋中存在。²如此大量的塑料垃圾足以把一个中等大小的国家在欧洲。

陆地上的塑料废物通常以各种方式收集和处理,包括倾倒在垃圾填埋、焚烧、造粒和热解。然而,塑料发现进入海洋中有一个完全不同的命运,与人类几乎无法操作目前大规模海洋塑料。

尽管缺乏技术探测、监控和量化塑料漂浮在海洋表面或沉在海底,科学家们有足够的证据表明,大量的塑料在海洋“失踪”。³所以,还是他们消失在哪里?

证明的数以百计的令人痛苦的照片描绘一个不同寻常的海洋动物和合成塑料混合物,一些塑料在海洋中摄取或成为与海洋物种交织在一起。另一解释这个谜题是退化。

海洋的生物降解塑料

塑料降解海洋中通过三个途径:

- - - - - - 机械降解(崩溃的大型塑料块分解成更小的塑料碎片通过机械作用)

- - - - - - 光降解(通过自由基链式反应由太阳能紫外线辐射)

- - - - - - 生物降解或生物降解(通过微生物在海洋栖息地)

数据从光致氧化降解程度和降解产物和生物降解塑料的海洋是相对有限。

模型对塑料光降解的研究表明它可能需要数年才能降解塑料微粒或nanoplastics和可能需要数百年塑料完全消失(例如,成烃气体)。

生物降解塑料依赖海洋微生物。自第一塑料引入海洋在1950年代,一些海洋微生物,即细菌和真菌,显示能力和发展适应使用塑料作为碳源和/或化学能量。微生物群落殖民海洋塑料表面,bet188真人这也被称为plastispheres独特和不同的环境。plastispheres忙塑料降解的微生物种群⁴因此,plastispheres一直是焦点发现微生物能降解塑料在海洋环境中。

微生物降解塑料需要酶能够分解塑料材料为低聚物,二聚体和单体,如下呈现在图1中,。这样一个著名plastic-degrading酶、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)酶(PETase),首次被发现Ideonella sakaiensis在PET瓶回收污泥收集在2016年的日本。⁵最近的发现表明,越来越多的可用塑料海洋的全球海洋PETases的快速进化。⁶这种酶催化的乳沟宠物到单体的mono-2-hydroxyethyl对苯二甲酸乙二醇酯(MHET)可以进一步降解为无害单体由另一个酶,MHETase。PETase可以缩短宠物从几十年的退化。发现其他酶和降解塑料的能力包括酰胺酶、加氧酶、漆酶、氧化物酶、脂酶、酯酶、cutinases和丝氨酸水解酶。因此,塑料单体也可以提供碳源海洋微生物群落,穿过细胞膜,随后被氧化在微生物新陈代谢,导致有限的释放bet188真人₂N₂,CH₄,和H₂O。

图1:海洋的生物降解塑料,海洋微生物及其酶。信贷:咦,博士学位。

尽管知识海洋中的塑料生物降解率而言,过程和机制仍然是稀缺的,已知的信息和教训最近的研究提供了机会去探索和开发微生物降解塑料作为自然把塑料从海洋环境生物修复策略。由于独特的海洋环境,非传统生物修复技术需要设计允许的可持续性发展。合成生物学的方法,包括基因编辑、基因工程和其他组学技术,与自然的发现能力的微生物可能是合适的社区发展共生的微生物能够有效地降解塑料在海洋环境。⁷此外,氧化气体产品的微生物种群可以回收和重用。估计称,每年大约有23600吨的溶解有机碳生成从海洋塑料可以刺激在海水中异养微生物的活性,从而改变海洋生态系统。⁸在这方面,基于微生物生物修复海洋塑料,enzyme-driven生物降解可能的潜力。

引用

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