尋找、培養和生物工程能夠消化塑料的生物體，不僅有助於消除污染，而且現在也是大生意。已經發現了一些能夠做到這一點的微生物，但當它們的酶使之成為工業規模的應用時，它們通常只在30℃（86℉）以上的溫度下工作。所需的加熱意味著工業應用至今仍很昂貴，而且不是碳中性的。

但是這個問題有一個可能的解決方案：找到專業的冷適應微生物，其酶在較低的溫度下工作。

來自瑞士聯邦研究所的科學家們知道到哪裡去尋找這樣的微生物：在他們國家的阿爾卑斯山的高海拔地區，或者在極地地區。他們的研究結果發表在《微生物學前沿》雜誌上。

第一作者Joel Rüthi博士說：”在這裡我們表明，從高山和北極土壤的’質層’中獲得的新型微生物分類群能夠在15°C的溫度下分解可生物降解的塑料”，他目前是WSL的客座科學家。”這些生物可能有助於降低塑料的酶促回收過程的成本和環境負擔”。

Rüthi及其同事在格陵蘭島、斯瓦爾巴群島和瑞士對生長在自由放置或故意埋藏的塑料（在地下保存一年）上的19種細菌和15種真菌進行了採樣。斯瓦爾巴群島的大部分塑料垃圾是在2018年瑞士北極項目期間收集的，學生們在那裡進行實地考察，親眼目睹了氣候變化的影響。瑞士的土壤是在Muot da Barba Peider山頂（2979米）和Val Lavirun山谷中收集的，這兩個地方都位於格勞賓登州。

科學家們讓分離出的微生物作為單株培養物在實驗室中於15°C的黑暗環境下生長，並使用分子技術對其進行鑑定。結果顯示，細菌菌株屬於放線菌門和變形菌門的13個屬，真菌屬於子囊菌門和粘菌門的10個屬。

令人驚訝的結果

然後，他們使用一套檢測方法來篩選每個菌株消化不可生物降解的聚乙烯（PE）和可生物降解的聚酯-聚氨酯（PUR）以及聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）和聚乳酸（PLA）這兩種市售可生物降解的混合物的能力。

即使在這些塑料上培養了126天，沒有一個菌株能夠消化PE。但是19種（56%）菌株，包括11種真菌和8種細菌，能夠在15℃下消化PUR，而14種真菌和3種細菌能夠消化PBAT和PLA的塑料混合物。核磁共振（NMR）和基於熒光的檢測證實，這些菌株能夠將PBAT和PLA的聚合物切成更小的分子。

Rüthi說：”讓我們非常驚訝的是，我們發現很大一部分被測菌株能夠降解至少一種被測塑料。”

表現最好的是Neodevriesia和Lachnellula屬的兩個未定性真菌物種：它們能夠消化除PE以外的所有測試塑料。結果還顯示，大多數菌株消化塑料的能力取決於培養基，每個菌株對四種測試的培養基都有不同的反應。

消化植物聚合物的能力的副作用

消化塑料的能力是如何演變的？由於塑料從20世紀50年代起才出現，降解塑料的能力幾乎可以肯定不是自然選擇最初所針對的特徵。

“實驗已經證明，微生物可以產生各種聚合物降解酶，參與植物細胞壁的分解。特別是，植物病原真菌經常被報導用於生物降解聚酯，因為它們有能力產生角蛋白酶，而角蛋白酶由於與植物聚合物角蛋白相似而以塑料聚合物為目標，”最後一位作者Beat Frey博士解釋說，他是WSL的高級科學家和小組負責人。

由於Rüthi等人只測試了15°C下的消化，他們還不知道成功菌株的酶在哪種最佳溫度下工作。

弗雷說：”但我們知道，大多數測試的菌株可以在4°C和20°C之間良好生長，最佳溫度在15°C左右。下一個巨大的挑戰將是確定微生物菌株產生的塑料降解酶，並優化過程以獲得大量的蛋白質。此外，可能需要進一步修改酶，以優化蛋白質穩定性等特性”。