聚氨酯(PU)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是日常生活中广泛使用的塑料聚合物(如家具、涂料、瓶子和纺织品)，占城市固体垃圾的很大比例。它们因其惰性难以自然降解，对生态系统、生物多样性和人类健康构成严重威胁。环境中的多样化的微型真菌被认为是解决塑料污染的一种有前景的绿色方案。它们能分泌多种酶(如酯酶、角质酶、漆酶等)，进而分解塑料聚合物。然而，大多数研究仅限于单一塑料，且对其背后的具体分子机制了解甚少。而在现实环境中，塑料污染物多以混合物形式存在，但关于单一菌株能否同时高效降解多种塑料，以及驱动这一过程的关键基因、酶和代谢途径，仍然缺乏系统性的、多组学层面的深入研究。

　　图1 该研究的图形摘要

　　近日，中国科学院昆明植物研究所山地未来研究团队从植物-土壤系统中成功分离出一种名为Fusarium vanettenii 的真菌，该菌株能够有效降解PU和PET聚合物。研究团队通过在土壤中添加PU和PET微塑料进行长期富集培养，最终筛选出这株高效降解菌。实验结果显示，该真菌能在90天内使PU薄膜质量减少约19.7%，PET减少6.63%。扫描电镜(SEM)图像中清晰可见塑料表面被菌丝侵蚀、出现裂缝和孔洞，傅里叶变换红外光谱(FTIR)也检测到酯键、羰基等关键化学键的断裂(图1和图2)。为了深入理解其降解机制，研究团队整合了基因组、转录组、蛋白质组等多组学技术。结果显示，在降解PU和PET过程中，真菌显著上调了多个关键酶的表达，尤其是脂肪酶 FvLIP1 和FvLIP2、角质酶 FvCUT1 / FvCUT2 以及漆酶 FvLAC1。这些酶协同作用能够将塑料聚合物分解为小分子化合物。研究人员进一步通过分子对接技术模拟了脂肪酶与塑料单体之间的相互作用。结果显示，FvLIP1 和 FvLIP2 可通过疏水作用和氢键与PU和PET结构单元结合，从结构层面解释了其降解能力的分子基础。通过液相色谱-质谱联用(LC-MS)分析，研究团队检测到了PU降解产生的丙二醇、己酸和己二酸，以及PET降解产生的对苯二甲酸和邻苯二酚。这些产物部分可被真菌进一步吸收利用，进入能量代谢循环，最终实现塑料的完全生物降解(图3)。

　　图2 筛选的真菌(F. vanettenii)对PU和PET的生物降解情况

　　该研究不仅首次报道了一株能同时高效降解PU和PET的真菌，还系统揭示了其降解的分子机制和关键酶系。这项研究为开发针对混合塑料废弃物的生物处理技术提供了新的菌种资源和理论依据。

　　上述研究以Elucidation of the biodegradation pathways of polyurethane and polyethylene terephthalate by a Fusarium strain enriched from soil-plant systems为题发表在生物技术类TOP期刊Bioresource Technology上，昆明植物所已毕业研究生Jacob Eyalira博士，吴彦菲博士研究生和Shahid Iqbal博士为论文的共同第一作者，许建初研究员和桂恒副研究员为论文的共同通讯作者，美国麻省大学邢宝山教授也参与了研究。

　　图3 筛选的真菌(F. vanettenii)对PU和PET可能的生物降解途径

　　该研究得到了国家自然科学基金(32371785和W2412011)、国际原子能机构-联合国粮农组织联合研究项目(D15021)、中国科学院“青年创新促进会”(2022396)、云南省“兴滇英才”计划(XDYC-QNRC-2022-0346)等项目的支持。

文章链接