近日，國際學術期刊Journal  of Hazardous Materials刊發了題為“A marine fungus Alternaria alternata FB1  degrades  polypropylene”的文章，該研究由中國科學院海洋研究所孫超岷團隊完成，首次報道了一株能夠有效降解聚丙烯（PP）塑料的海洋真菌，并結合轉錄組學、體外異源表達以及體內基因敲除技術，提出了其潛在的降解機制。

隨著近年來全球塑料污染問題日益嚴峻，尋找能夠高效降解塑料的菌株和酶成為學術界和工業界共同關注的焦點。聚丙烯是全球使用量僅次于聚乙烯（PE）的通用塑料，約占全球塑料消費市場份額的21%，預計到2030年，其市場規模將達到1.29億噸。聚丙烯化學結構非常穩定，被廣泛應用于食品包裝、醫療產品及汽車制造等領域。然而，這種穩定性也是一把“雙刃劍”，導致廢棄PP在環境中可存在數百年，嚴重威脅陸地及水生生態系統。傳統處理方式如焚燒與化學回收不僅能耗高、成本大，還容易造成二次污染。相比之下，微生物降解因綠色環保而被視為潛在解決方案。然而，由于PP結構的高度疏水性和化學穩定性，微生物難以附著和降解，導致其生物處理研究長期滯后。以往大多數研究依賴預處理手段來提升其可降解性，但這也顯著增加了成本，限制了工業化應用。

研究團隊經過大量篩選，獲得了一株有效降解塑料的海洋真菌Alternaria  alternata  FB1。前期研究成果顯示該菌株不僅能夠降解傳統聚烯烴類塑料（如聚乙烯），還對可降解塑料PBAT表現出了顯著降解活性。本研究進一步發現該真菌可以在未經任何預處理的純PP薄膜表面迅速定殖，并在短短一周內形成明顯的降解孔洞。研究人員進而采用紅外光譜、X射線衍射、凝膠滲透色譜等手段對其降解能力進行了評估，結果顯示其解聚效率最高可達65%。通過氣相色譜-質譜分析，鑒定出該真菌降解PP的主要產物是兩種烯烴（9-十八烯和1-十九烯），占比達到70%。結合轉錄組學和異源表達技術，研究人員解析了介導該真菌降解PP的潛在酶系，并從中獲得了兩種具有PP降解活性的酶種。本研究的亮點之一在于創新性地采取基因敲除手段評估了不同降解酶缺失突變株對PP的降解效率，并基于相關實驗結果推測了PP的潛在降解機制。未來，研究團隊計劃通過遺傳改造進一步優化菌株性能，以實現更高效的工業化應用。該研究為未來聚丙烯規模化降解提供了重要候選菌株，并為揭示真菌降解聚烯烴的分子機制奠定了理論基礎。

圖1 海洋真菌Alternaria alternata FB1對聚丙烯塑料的定殖和降解效果

圖2 海洋真菌Alternaria alternata FB1降解聚丙烯塑料的推測模型

與此同時，孫超岷團隊在其他生物可降解塑料領域也取得突破性進展。在對該真菌的深入研究中，團隊發現了一種新型海洋真菌角質酶  AaCut10，該酶在溫和條件下對聚丁二酸丁二醇酯（PBS）和聚己內酯（PCL）表現出極高降解活性。AaCut10在37℃下，20  分鐘內對PBS和PCL膜的降解率分別達到了26.33%和85.67%。在其對二者的乳化液降解檢測中，該酶在室溫條件下僅1分鐘即實現了對PBS和PCL的降解率分別達到81.88%和99.45%。此外，Ca²?、Mg²?和Mn²?等金屬離子的加入顯著提高了其活性。結合AlphaFold結構預測與關鍵氨基酸位點突變分析，研究人員確定  Leu209和Leu216  對AaCut10的降解活性發揮了關鍵作用。這一發現為后續規模化處理PBS和PCL塑料廢棄物提供了堅實的理論基礎和候選酶。相關研究成果目前已刊發在微生物學經典期刊Applied  and Environmental Microbiology上。

圖3 海洋真菌Alternaria alternata FB1角質酶AaCut10對PBS和PCL的降解效果

圖4 野生型AaCut10與其突變體L209A/L216F的降解速率比較和結構預測

海洋所實驗海洋生物學實驗室博士研究生蘇振杰及青島大學聯合培養碩士生朗豐娟為第一作者，孫超岷和吳仕梅為通訊作者。研究得到了山東省自然科學基金重大基礎研究項目、國際科學組織聯盟重點合作研究項目等聯合資助。

論文信息：

Zhenjie  Su,Fan Fei,Rui Liu,Chaomin Sun*. A marine fungus Alternaria alternata  FB1 degrades polypropylene. Journal of Hazardous  Materials,2025,139621,DOI: 10.1016/j.jhazmat.2025.139621.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389425025403

Fengjuan  Lang,Fan Fei,Chaomin Sun*,Shimei Wu*. Highly efficient degradation of  polybutylene succinate (PBS) and polycaprolactone (PCL) by a recombinant  marine fungal cutinase.Applied and Environmental  Microbiology,2025,e0083325. Doi: 10.1128/aem.00833-25. 

https://journals.asm.org/doi/10.1128/aem.00833-25