塑料是生活中常见的高分子材料，因为轻便耐用、可塑性好，其应用几乎覆盖了生活的方方面面，但使用后弃置的塑料制品成为固体废物，难以降解处理，给生态环境造成污染，给人类健康带来危害，被称为“白色污染”，其治理也成为世界性难题。
近日，江大环境与安全工程学院孙建中教授团队系统综述了昆虫及其肠道共生菌在塑料生物降解中的独特作用，并探讨了该领域的研究现状、面临的挑战和发展路径，相关研究成果发表于国际昆虫学英文刊物《昆虫科学》。那么，昆虫为何拥有“吃掉”塑料的独门绝技？人们能否利用它们解决白色污染难题？
多种生物菌能“吃掉”塑料
孙建中介绍，昆虫是世界上物种最丰富的生物，科学家发现印度古螟、草地贪夜蛾、黄粉虫、蜡蛾等昆虫展现出了消化聚乙烯、聚苯乙烯等常见塑料的能力，而这背后，昆虫肠道共生菌扮演了至关重要的角色。
“在塑料与昆虫肠道共生菌相遇之前，昆虫的咀嚼或啃食行为已先行一步破坏了塑料的结构，为后续的分解创造了有利条件。随后，昆虫肠道共生菌能够分泌一系列生物酶，促使塑料分子中的化学键断裂，将复杂的塑料聚合物转化为更小的、可被肠道共生菌或宿主昆虫代谢的分子。”孙建中说。
昆虫肠道共生菌能够分泌酯酶、脂肪酶、过氧化物酶、漆酶等酶类，特异性地作用于塑料分子的化学键，促进化学键的断裂和转化。“一旦塑料被分解，产生的化合物就可以被用作昆虫肠道共生菌生长的碳源。”孙建中说。
除了昆虫肠道共生菌，在被污染的水体和土壤中存在的一些细菌、真菌、藻类等也能够降解塑料。研究表明，部分真菌和细菌已展现出对聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯及聚丙烯等多种合成塑料的分解能力。藻类在塑料聚合物降解过程中的作用也日益受到科学家的关注。
人工制酶提高降解速度
塑料废弃物对环境的污染问题日益严峻，已成为全球关注的焦点。目前全球每年生产超过3.3亿吨塑料，预计到2050年，这一数字将增加两倍。既然昆虫肠道共生菌能“吃掉”塑料，那么人们能否加以利用，从而大量消解塑料垃圾呢？
针对这一问题，孙建中指出，昆虫肠道共生菌能“吃掉”塑料与大量降解塑料并不能混为一谈。与自然环境中动辄数十年甚至上百年的降解时间相比，虽然昆虫肠道共生菌对塑料的降解速度相对较快，但仍然难以满足实际需求，“仅仅依靠昆虫肠道共生菌本身产生的酶作用有限，还需要人工制备酶，以优化塑料降解过程，提高降解速度”。
孙建中介绍，研究人员需要研究不同酶的代谢途径，筛选出可降解塑料的、适合培养的酶，再通过基因工程对细菌进行改造，使其成为可大量产生这些酶的“工厂”。
此外，还可以对多种可分解塑料的酶进行优化组合，进一步实现塑料垃圾的高效治理。孙建中表示，未来，科学家将继续寻找具有塑料降解能力的昆虫肠道共生菌，同时通过生物工程手段改良塑料降解酶的活性和特异性，使其能更有效地分解不同类型的塑料。
产业化降塑要“两条腿走路”
虽然人工制备酶在一定程度上能提高塑料降解速度，但是大批量地人工制备酶还需要攻克发酵工程、基因工程、酶工程等方面的技术难题。
“如今，一些酶已经能够做到实验室规模的纯化，但距离产业化生产仍有一段距离。”孙建中说。“我们不仅要推动塑料降解的产业化进程，还要‘两条腿走路’，探索可生物降解塑料技术，以可生物降解塑料逐步替代传统石油基塑料。”
在生物降解塑料技术方面，孙建中的团队一直在探索。前不久，他的团队完成了“基于过程仿生的木质纤维素高值化产品开发”项目的产业化示范验收，成功将农作物秸秆中的纤维素/半纤维素，通过新型预处理技术，直接发酵转化为高纯度L乳酸。
“L乳酸是环境可降解塑料聚乳酸的重要合成原料。”承担该项目产业化示范任务的中科康源（唐山）生物技术有限公司董事长张东远说，“依托新型预处理技术，我们建成了一条千吨规模的产业化示范生产线，整套生产线技术水平与规模达到国内领先”。
近期，中国科学院深圳先进技术研究院相关团队通过基因编辑微生物孢子，将其嵌入塑料中，制成可降解“活”塑料。该塑料在日常使用中性能稳定，在特定条件下可激活孢子以降解塑料。此外，海南热带海洋学院的研究人员筛选、培养出海洋微塑料降解菌——玫瑰色菌，在海洋微塑料生物降解技术上取得重要突破。
孙建中表示，下一步，为规范生物降解塑料的生产与处理流程，国家有关部门还要建立健全相关法规与标准体系，为行业提供明确的参照与监督依据，确保生物降解塑料的安全性与环境友好性。（记者 张翼 通讯员 吴奕）
