在当今社会，塑料材料已成为我们日常生活中不可或缺的一部分。然而，随着塑料生产和使用的急剧增加，塑料废弃物对环境的污染问题也日益严峻。特别是微塑料（MPs），这些小于1 mm的塑料碎片，广泛存在于水生和陆地生态系统中，对生态系统构成了严重威胁。近日，一项由多国科学家合作完成的综述，为利用光合微生物增强微塑料生物修复提供了新视角。
该研究由来自奥地利格拉茨大学（University of Graz）、西班牙维戈大学（Universidade de Vigo）、英国伍尔弗汉普顿大学（University of Wolverhampton）、瑞典乌普萨拉大学（Uppsala University）、德国杜塞尔多夫大学（University Düsseldorf）等多个国际知名研究机构的科学家共同完成。研究团队深入探讨了光合微生物在水体和土壤环境中对塑料的生物降解作用，特别是它们利用阳光和二氧化碳持续生长在各种聚合物上的独特能力。
光合微生物：自然界的“清道夫”
光合微生物，包括微藻和蓝细菌，能够利用光能进行光合作用，同时降解环境中的污染物。这些微生物不仅能够将塑料碎片转化为有价值的化合物，如碳水化合物、脂质和蛋白质，还通过其代谢活动为环境带来多重益处。研究指出，通过工程化策略优化这些微生物的性能，可以显著提高它们对微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）的生物修复效率。
创新策略：酶工程与微生物协同作用
科学家们还探讨了利用表达特定酶（如聚对苯二甲酸乙二醇酯，PET水解酶）的菌株与微藻或蓝细菌代谢相结合的策略。这种方法通过增强微生物对特定塑料类型的降解能力，为生物修复技术开辟了新途径。此外，研究还强调了光生物催化方法的潜力，即将塑料碎片降解与阳光照射相结合，进一步提升降解效率。
微藻-细菌联合体：污水处理的未来之星
研究团队还探索了微藻-细菌联合体在生物技术应用中的潜力。这些联合体在污水处理中展现出显著的协同效应，不仅能够吸收氮、磷、重金属和碳等污染物，还能有效降解MPs和NPs。这一发现为开发新型污水处理系统提供了重要依据，有助于减少塑料污染对水生生态系统的负面影响。
展望未来：持续研究与技术创新
尽管光合微生物在微塑料生物修复方面展现出巨大潜力，但研究团队也指出，仍需进一步深入探索这些微生物的遗传和代谢机制，以优化其降解性能。同时，开发新型生物材料和工程化微生物也是未来研究的重要方向。通过持续的研究和技术创新，有望找到更加高效、环保的塑料污染治理方案，共同守护地球家园。
结语
随着塑料污染问题的日益严峻，寻找有效的治理方法已成为全球共识。光合微生物作为自然界的“清道夫”，在微塑料生物修复中展现出独特优势。未来，随着研究的不断深入和技术的不断创新，这些微小的生命体将为解决塑料污染这一全球性挑战贡献重要力量。
图1 塑料及其降解（特别是利用酶和/或微生物）科学领域的重大成就。图中显示了约70年间相关事件的时间顺序。特别是自1980年以来，越来越多关于受塑料污染的海洋盆地的理论和证据开始流传。2008—2018年，对合成聚合物的生物降解过程阶段提出了若干科学定义。过去十年间，关注微塑料（MPs）、纳米塑料（NPs）和微生物之间相互作用的研究数量有所增加。NOAA：美国国家海洋和大气管理局。
图2 海洋和淡水环境（左）以及土壤（右）中MPs的生物和非生物降解示意图。非生物降解方法通常依靠机械破坏、高级氧化和光降解。不同塑料表面的生物膜只有在有光照的情况下才会出现微藻和/或蓝藻。塑料与光合微生物的相互作用示意图显示了对细胞基因表达、蛋白质水平和新陈代谢的潜在影响。A：光降解。B：光合微生物生物膜。C：机械降解。D：微生物降解。
图3 使用从微藻中提取的PET酶活性形式分解PET的机制。
作者简介
Ilka M. Axmann，教授，德国杜塞尔多夫大学合成微生物学研究所所长。研究兴趣为RNA生物学、生物技术、生物信息学、生物化学等领域，主要聚焦如何利用合成RNA设备和基于RNA的代谢物传感器，对微生物的合成代谢途径进行智能、自动和动态控制。
Peter Lindblad，瑞典乌普萨拉大学（Uppsala University）化学系教授。主要研究如何将太阳能转化为生物燃料，重点是基于微型藻类的H2生产/氢化酶，以及含碳太阳能燃料。共发表论文150余篇，获得超过11 000次引用。Peter Lindblad教授是欧盟/FP7-能源项目CyanoFactory的协调人，还参与了北欧合作项目AquaFeed（2012—2015年），曾负责协调两个北欧生物氢合作项目，担任欧盟/FP6/7-NEST/能源项目Solar-H和SolarH2的副协调员（2005—2007年，2008—2012年），参与欧盟/FP7-NEST项目BiomodularH2（2009—2011年）等。
Iza Radecka，教授，英国伍尔弗汉普顿大学（University of Wolverhampton）科学与工程学院。主要从事银、锌、锶和铜抗菌活性的应用，利用废弃物进行高附加值产品的生态高效生产，细菌在不同环境条件下生产生物可降解聚合物及其应用等方向的研究工作。
论文信息
原文标题：Harnessing photosynthetic microorganisms for enhanced bioremediation of microplastics: A comprehensive review
引用信息：Barone, G. D., Rodríguez-Seijo, A., Parati, M., Johnston, B., Erdem, E., Cernava, T., ... & Radecka, I. (2024). Harnessing photosynthetic microorganisms for enhanced bioremediation of microplastics: A comprehensive review. Environmental Science and Ecotechnology 20: 100407.
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期刊简介
在生态环境部黄润秋部长亲自提出和指导下，Environmental Science and Ecotechnology（ESE）于2020年1月正式创刊。ESE由中国科协主管，由中国环境科学学会、哈尔滨工业大学和中国环境科学研究院共同主办。ESE为双月刊，面向全球开放获取（全部论文皆可免费阅读、下载）。
ESE首届编委会由120位全球生态环境研究领域的顶级专家学者构成。哈尔滨工业大学任南琪院士担任主编，中国环境科学学会理事长、生态环境部环境规划院王金南院士和中国环境科学研究院吴丰昌院士担任副主编，俞汉青院士、Danny Reible院士等13位世界顶尖学者担任执行主编和执行副主编。
ESE已入选3个 “一区”，即中科院一区（大、小类）、JCR报告Q1区和中国科协高质量科技期刊T1区。2023年ESE获得首个完整影响因子12.6，最新影响因子为14.0，最新CiteScore为20.4。
期刊官网：https://www.sciencedirect.com/journal/environmental-science-and-ecotechnology
