文 ／編譯羅方妤
在2001年，日本京都工藝纖維大學小田耕平領導的研究團隊尋找能軟化塑膠瓶原料聚酯等合成纖維的細菌時，在垃圾場發現一種人們從未見過的細菌。他們在充滿塵土和廢棄物的溝渠中發現，一層細菌薄膜正愉快地啃食塑膠瓶、玩具和其他小裝飾品。細菌分解垃圾時，會利用塑膠中的碳獲取能量生長、移動並分裂產生更多渴望啃食塑膠的細菌。
英國《衛報》報導，小田團隊發現能分解塑膠的細菌數年後，小田和已成為教授的學生平賀和三2016年在《科學》期刊發表分解塑膠細菌的相關研究，將這種細菌以發現地命名，稱作大阪堺菌，引起轟動。論文指出，大阪堺菌會產生特殊酵素分解聚對苯二甲酸乙二酯（PET）。科學家廣泛接受小田的說法，這篇論文也廣泛被媒體報導，並獲得科學引用超過千次，次數位居所有論文的前0.1%。但小田的研究僅是開始，科學家希望能發現更多類似微生物，減輕這類環境災難。
自小田團隊發現這種細菌以來，塑膠汙染已不可能被忽視。人類在約20年間產生約25億噸塑膠垃圾，每年還會再產生3億8000萬噸塑膠垃圾，預計截至2060年總量會增加兩倍。這些塑膠垃圾就在太平洋漂流，面積約為台灣的48倍，布滿各國海灘，溢出各國的垃圾掩埋場。塑膠微粒和奈米塑膠微粒從植物根部進入蔬果，人體幾乎每個器官也有它的蹤跡。塑膠微粒還會透過母乳進入嬰兒體內。
所幸過去40年來，科學家已非常精通相關生物工程和修飾酵素。英國樸茨茅斯大學分子生物物理學教授皮克福德（Andy Pickford），提到塑膠分解，「大阪堺菌其實還在非常早期的演化階段」。科學家的目標是走完剩下的路。
任何生物體想分解一串DNA、糖和塑膠等較大化合物，都需要酵素。酵素在化學反應的微觀上，會使活性分子更緊密結合，或使複合分子更容易分裂。如果想要加強天然酵素表現，有些方法幾乎任何情況都適用。例如，化學反應在較高溫度下往往效果更好，但多數酵素在其所工作的生物體內溫度最穩定，像是人體酵素在攝氏37度最穩定。不過，科學家能透過重新編寫酵素的DNA，調整其結構和功能，使其在高溫下更穩定、更快運作。
然而，美國政府位於科羅拉多州的國家可再生能源實驗室（NREL）研究員伊莉莎白．貝爾（Elizabeth Bell）表示，「這往往是前進兩步退一步」，演化本身涉及權衡，儘管科學家了解大多數酵素運作原理，但很難預測哪些調整會讓酵素效用更好。
貝爾的研究就是關注大阪堺菌，使用暴力方法加速自然演化。她提取會直接在塑膠作用的酵素，並利用基因工程讓它們經歷各種可能突變。在野外，細菌分裂上千次後酵素突變可能只會發生一次。貝爾去年發表關於她設計的PET酵素最新發現，這種酵素分解PET的速度比原生酵素快了數倍。
小田2016年發表論文前，沒有人知道世上有能分解塑膠的細菌，但現在人類擁有有依據的案例。有鑑於人們發現的只是微生物的一小部分，可能還有更好的候選者存在。這導致生物探勘蓬勃發展，南韓光州國立大學研究團隊在垃圾堆挖了15公尺，挖到數十年前的塑膠袋，發現一種似乎以塑膠袋為食的蘇雲金芽孢桿菌，並對此進行研究。樸茨茅斯大學微生物學家克雷格（Simon Cragg）也在越南和泰國紅樹林沼澤尋找其他以PET為食的微生物。
除了科學研究，有些國家政府也為處理塑膠垃圾制定目標。法國有使用細菌科技回收塑膠的工廠，這是因為法國認為處理塑膠廢棄物是當務之急，目標在2025年以前要充分回收所有塑膠袋。
然而，儘管科學家致力推動細菌分解塑膠的研究，各國政府似乎也支持。有些學者對於求助細菌抱持疑慮，質疑會造成生化危機，也認為這麼大規模的計畫最終還是需要大眾協助推動。
西班牙國家生物科技中心科學家羅倫佐（Victor di Lorenzo）表示：「我們沒有一個確切的市場誘因能吸引人去清理廢棄物，無論是二氧化碳還是塑膠。投資塑膠回收確實有回報。但誰要為這個會協助廣大社會的大規模計畫埋單？大概只有公眾支持才能解決這個問題。」
除了市場，這在法律上也有問題。幾乎每個國家都會規定，被基因工程改造的微生物在沒有獲得特別批准的狀況下，嚴格限制其野放。而要這種批准也很困難。理由很簡單，這是因為人們擔心隨意野放這類生物可能造成自然危機。不過羅倫佐認為，這種工程造成危險的可能性極低。
與微生物建立更深入的夥伴關係是強大的願景。歐盟已資助多個團體，以開發微生物和酵素，將塑膠變成可生物分解材質。德國一個團體去年將大阪堺菌PET酶以基因工程的方法放進海藻，指出這未來可用於分解海中塑膠微粒。
原文出自《好讀周報》750期
