近日，MED微生物研究团队在环境与生态领域重要期刊Science of the Total Environment（一区top）发表了题为“Degradation of low-density polyethylene by the bacterium Rhodococcus sp. C-2 isolated from seawater”的论文。该研究在长江口表层海水中分离获得了一株聚乙烯降解细菌Rhodococcus sp. C-2，证实在LDPE初步解聚过程中谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）可以催化C-C键转化为C=C键，并提出了LDPE塑料的微生物降解通路模型。我所和上海交通大学联合培养博士研究生戎振为第一作者，吴月红研究员和许学伟研究员为共同通讯作者，我所和上海交通大学联合培养硕士研究生丁志豪为共同作者。本研究受到科技基础资源调查专项（2019FY100700）的资助。

聚乙烯（PE）是全球生产量最高的塑料，排放进入海洋后会随海流扩散，分布于各种海洋生境并在生物体内富集，已对海洋生态系统造成巨大威胁。同时，PE塑料属于难降解塑料，与主链中含有杂原子的可水解塑料不同，PE塑料的骨架长链仅由C-C键和C-H键形成，只有通过高能氧化反应才能使主链发生断键，因此很难被生物降解利用。本研究从塑料污染物丰度较高的长江口采集了表层海水样品，并以唯一碳源PE对样品进行了长时间富集培养，最终分离获得了PE降解能力的细菌Rhodococcus sp. C-2。随后，研究团队利用菌株C-2降解高纯度的LDPE薄膜，发现LDPE薄膜被细菌附着侵蚀形成裂缝和坑洞，导致薄膜重量和分子量的损失，同时还出现薄膜内部出现新的含氧官能团。

图1 菌株C-2降解LDPE薄膜的物理化学性质表征

研究团队还通过基因组、转录组和降解产物分析筛选出16种可能参与LDPE降解的细菌酶，并对参与PE初步解聚的谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）进行了体外表达与活性检测，确定了GPx在超氧阴离子和自身过氧化物酶活性作用下催化C-C键转化为C=C键的过程。最后，研究团队综合以上实验结果提出了涉及多种酶的LDPE降解模型。

图2 菌株Rhodococcus sp. C-2的LDPE降解通路模型

上述研究为海洋中PE塑料污染的生物修复提供了科学依据和菌株资源，也为理解PE的生物降解过程提供了新的视角。

论文引用：

Rong Zhen, Ding Zhi-Hao, Wu Yue-Hong*, Xu Xue-Wei*. (2024) Degradation of low-density polyethylene by the bacterium Rhodococcus sp. C-2 isolated from seawater. Science of the Total Environment. 907, 167993. PDF下载

文章在线讯息：https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.167993.