好讀周報／解決塑膠垃圾危機？ 這細菌靠塑膠成長

文 ／編譯羅方妤

在2001年，日本京都工藝纖維大學小田耕平領導的研究團隊尋找能軟化塑膠瓶原料聚酯等合成纖維的細菌時，在垃圾場發現一種人們從未見過的細菌。他們在充滿塵土和廢棄物的溝渠中發現，一層細菌薄膜正愉快地啃食塑膠瓶、玩具和其他小裝飾品。細菌分解垃圾時，會利用塑膠中的碳獲取能量生長、移動並分裂產生更多渴望啃食塑膠的細菌。

英國《衛報》報導，小田團隊發現能分解塑膠的細菌數年後，小田和已成為教授的學生平賀和三2016年在《科學》期刊發表分解塑膠細菌的相關研究，將這種細菌以發現地命名，稱作大阪堺菌，引起轟動。論文指出，大阪堺菌會產生特殊酵素分解聚對苯二甲酸乙二酯（PET）。科學家廣泛接受小田的說法，這篇論文也廣泛被媒體報導，並獲得科學引用超過千次，次數位居所有論文的前0.1%。但小田的研究僅是開始，科學家希望能發現更多類似微生物，減輕這類環境災難。

自小田團隊發現這種細菌以來，塑膠汙染已不可能被忽視。人類在約20年間產生約25億噸塑膠垃圾，每年還會再產生3億8000萬噸塑膠垃圾，預計截至2060年總量會增加兩倍。這些塑膠垃圾就在太平洋漂流，面積約為台灣的48倍，布滿各國海灘，溢出各國的垃圾掩埋場。塑膠微粒和奈米塑膠微粒從植物根部進入蔬果，人體幾乎每個器官也有它的蹤跡。塑膠微粒還會透過母乳進入嬰兒體內。

所幸過去40年來，科學家已非常精通相關生物工程和修飾酵素。英國樸茨茅斯大學分子生物物理學教授皮克福德（Andy Pickford），提到塑膠分解，「大阪堺菌其實還在非常早期的演化階段」。科學家的目標是走完剩下的路。

任何生物體想分解一串DNA、糖和塑膠等較大化合物，都需要酵素。酵素在化學反應的微觀上，會使活性分子更緊密結合，或使複合分子更容易分裂。如果想要加強天然酵素表現，有些方法幾乎任何情況都適用。例如，化學反應在較高溫度下往往效果更好，但多數酵素在其所工作的生物體內溫度最穩定，像是人體酵素在攝氏37度最穩定。不過，科學家能透過重新編寫酵素的DNA，調整其結構和功能，使其在高溫下更穩定、更快運作。

然而，美國政府位於科羅拉多州的國家可再生能源實驗室（NREL）研究員伊莉莎白．貝爾（Elizabeth Bell）表示，「這往往是前進兩步退一步」，演化本身涉及權衡，儘管科學家了解大多數酵素運作原理，但很難預測哪些調整會讓酵素效用更好。

貝爾的研究就是關注大阪堺菌，使用暴力方法加速自然演化。她提取會直接在塑膠作用的酵素，並利用基因工程讓它們經歷各種可能突變。在野外，細菌分裂上千次後酵素突變可能只會發生一次。貝爾去年發表關於她設計的PET酵素最新發現，這種酵素分解PET的速度比原生酵素快了數倍。