细菌：制造塑料，吃掉塑料

细菌，是一种生活中无处不在的微生物，尽管肉眼看不到它们，却广泛地影响我们的生活。塑料，也是一种极为常见的物质，谁的身边会没有塑料制成的东西呢？

在漫长的时间里，细菌和塑料之间都是井水不犯河水。因为塑料太稳定了，在自然环境中几乎不能分解。因此，细菌也就不能利用其中的有机物，无法在塑料上生长。然而，最近公布的一项研究，却神奇般地把细菌和塑料连接在了一起。

用细菌制造塑料

塑料是一类高分子材料的统称，通常是由很多很多个相同的有机物小分子聚合在一起而形成。而要把这些小分子连接起来形成塑料，就需要用到一种叫作“聚合反应”的化学反应，这属于化工的范畴。

提到化工，大家想到的总是巨大的铁罐子、高耸的金属塔（通常用于混合物的分离提纯），以及车间里密密麻麻的各种管道。的确，尽管今天的科技已经比两个世纪之前发展了许多，但化工生产的基本模式一直没有改变，仍然是“启动化学反应→分离反应产物→投入下一步反应→分离反应产物……得到想要的产品”。

这种模式的优势在于原理清楚、设备简单、控制可靠，也容易扩大生产规模。同时，其缺点也是明显的：生产的耗能大，容易产生环境污染，使用的原料多数有易燃易爆风险。如今，由于绿色发展的理念深入人心，满足节能、环保、高效为标准的生产，才更符合时代的需求。这就对化工行业提出了严峻的挑战：能不能让传统的化工生产变得绿色、低碳呢？

而最近公开的一项研究为这个问题提供了答案：让细菌为人类工作，去合成塑料吧！

神奇的生化反应

从本质上说，用细菌合成塑料仍是一个化学反应。但和实验室里的烧瓶、化工厂里的反应釜①相比，通过细菌来进行的化学反应拥有了诸多优势：反应条件非常温和，几乎用不着加热，也用不到强酸强碱等试剂，否则细菌自己就先被杀死了；因此，也省去了能适应各种苛刻条件的反应装置，总体成本较低；环境友好，反应中产生的有毒有害废弃物相对较少。

实际上，这些优点也并不难理解：各类生物体（包括我们自己）本身就是一个巨大的反应容器，每一秒钟都有许许多多复杂的化学反应正在发生，从而把氧气和食物变成我们身体的一部分，以及身体活动所需的能量。而我们的身体显然不可能提供高温加热的条件，也不可能加入强酸强碱（胃酸是个例外）或金属催化剂，但这些反应却都高效、可靠地默默完成了。

创新基因工程技术

当然，要让细菌合成塑料，也是非常不容易的。在这项研究中，科研人员主要做了两方面的创新。

首先，定制催化该反应所需的酶。酶是各种生化反应的催化剂，具有催化效能高、专属性强的特点（比如，唾液淀粉酶就能且只能催化淀粉的水解）。当科研人员弄清了某个酶类的催化机理之后，就能对已有的酶类进行结构改造（比如增加或减少一个氨基酸），甚至凭空订制一个新的酶类，从而明显提高它们对特定化学反应的催化能力。

其次，改造反应的“容器”。在这项研究中，实际上是将大肠杆菌当作了反应的容器与基础。研究人员对它进行了改造，增强了它对高浓度反应原料的耐受性，并能把反应产物更快地代谢出去，从而增大了它的“容量”，使反应更高效地进行。

当然，这些改造都涉及基因工程技术，其操作过程也非常复杂。整体上来说，该研究实现了预期目标，能够大量地制造一种叫作PHA（聚羟基脂肪酸酯）的塑料，全过程清洁、安全，且成本比目前的化工生产要低。这种塑料在新型药物、光电材料上都有广泛的用途。因此，该研究引起了广泛的关注，也是一个非常好的开端。

相生相克的细菌和塑料

我们不仅可以用细菌来制造塑料，也能用细菌来“吃掉”塑料。

塑料的化学性质非常稳定，在自然条件下难以分解，是一种可怕的污染源。虽然通过化工技术能够分解，但随之而来的则是高耗能和二次污染的风险。于是有人想到，能不能通过细菌来“吃掉”塑料呢？

2016 年，在一个废旧塑料瓶回收厂，科研人员在水池底部的污泥中，偶然发现了一种可以分解PET 塑料的细菌，随后将其命名为“大阪堺菌”。PET 的全称是“聚对苯二甲酸乙二醇酯”，它被广泛用于制作饮料瓶、涤纶纤维、电器外壳等，在日常生活中的用量极大。在自然环境中，它可以保持数百年而不分解，对环境而言是一种严重的污染。而这种细菌却能够在非常温和的条件下，仅用几个月的时间就把大部分PET 都彻底分解为二氧化碳，效果惊人。

随后，许多科研人员对这个方向进行了深入研究，通过基因工程将该细菌进行改造、升级，分解塑料的效率得以进一步提高，能够“吃掉”的塑料种类也有所扩展。简而言之，通过细菌来分解塑料的这个思路，目前看来是很有希望的。

目前，这个方案想要在生活中落地实施，最大的难点是价格太过高昂。希望在不久的将来，随着技术的发展，它的成本能够降低，从而实现对塑料污染的有效控制。