摘要：阿卜杜拉国王科技大学研究团队在《ISME期刊》发表的全球海洋调查结果显示，海洋微生物已经在分子水平上适应了人类制造的塑料污染环境，进化出专门分解聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料的酶系统。通过对来自七大洋400多个海洋样本的深入分析，科学家们发现近80%的测试海域中都存

阿卜杜拉国王科技大学研究团队在《ISME期刊》发表的全球海洋调查结果显示，海洋微生物已经在分子水平上适应了人类制造的塑料污染环境，进化出专门分解聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料的酶系统。通过对来自七大洋400多个海洋样本的深入分析，科学家们发现近80%的测试海域中都存在携带M5基序的功能性PETase酶，这些"微型回收器"不仅数量庞大，更在基因表达层面展现出对塑料污染区域的积极响应。

这项突破性发现彻底改变了科学界对海洋塑料污染生态影响的认知。长期以来，聚对苯二甲酸乙二醇酯被认为是一种几乎无法自然降解的"永久性"污染物，但海洋微生物的快速进化适应表明，生命系统正在以前所未有的速度响应人类活动带来的环境变化。研究负责人、海洋生态学家卡洛斯·杜阿尔特教授指出，M5基序就像一个分子指纹，精确标识了具备塑料降解能力的酶系统，为理解微生物如何从传统碳氢化合物降解酶进化出塑料消化能力提供了关键线索。

分子进化的环境驱动机制

PETase酶的进化历程反映了微生物对环境压力的精准适应策略。在2016年首次发现能够分解PET塑料的细菌之前，科学界普遍认为这种合成聚合物在自然环境中是完全惰性的。然而，日本回收设施中发现的塑料消化细菌打破了这一认知，揭示了生物系统适应人造化合物的惊人能力。

KAUST研究团队通过结合人工智能驱动的蛋白质结构建模、大规模基因组分析和实验室功能验证，成功识别出M5基序作为区分真正塑料降解酶与相似酶系统的关键特征。这一发现的重要性不仅在于其诊断价值，更在于它揭示了酶分子进化的具体路径和机制。

PETase 酶上带有 M5 基序的细菌可以以塑料为食，这种特性现在在世界各地的海洋中蓬勃发展。图片来源：2025 KAUST

实验室测试结果证实，携带完整M5基序的海洋细菌能够高效分解PET塑料，而缺失该基序的相似酶系统则无法实现这一功能。更重要的是，基因表达分析显示，M5-PETase基因在全球海洋中表现出高度活跃的转录活动，特别是在塑料污染浓度较高的海域，这种基因的表达水平显著提升。

这种基因表达模式的空间分布特征为理解环境污染与微生物适应之间的因果关系提供了直接证据。在营养匮乏的深海环境中，能够利用合成碳源的代谢能力可能为微生物提供了关键的生存优势，推动了这些酶系统在海洋微生物群落中的快速传播和固定。

全球海洋生态系统的适应性响应

研究团队对全球海洋环境的系统性调查揭示了塑料降解酶分布的惊人广泛性。从表层环流的垃圾聚集区到两千米深的深海环境，M5基序携带者几乎无处不在。这种分布模式表明，塑料污染的影响已经深入到海洋生态系统的各个层次，而微生物群落正在全球范围内对这一环境挑战做出协调一致的进化响应。

在深海环境中，这些塑料降解酶的存在具有特殊的生态意义。深海通常是一个极度贫营养的环境，有机碳源稀缺，微生物面临严峻的生存压力。在这种条件下，能够利用沉降到海底的塑料碎片作为碳源的能力可能成为决定性的竞争优势。

高级生物信息学研究员因蒂哈布·阿拉姆指出，深海中合成碳利用能力的进化代表了微生物对人类活动的一种根本性适应。这种适应不仅改变了个体物种的代谢特征，更可能重塑整个深海生态系统的碳循环模式。

然而，这种自然清洁过程的速度远远无法跟上人类塑料生产和排放的速度。杜阿尔特教授警告说，当塑料到达深海时，它们对海洋生物和人类消费者的危害已经造成。自然界的清洁队伍工作速度太慢，无法拯救海洋免受塑料污染的威胁。

生物技术应用的产业化前景

尽管海洋微生物的自然清洁能力无法解决全球塑料污染危机，但M5基序的发现为工业酶设计和塑料回收技术开发提供了宝贵的分子模板。在陆地环境中，这一发现有望加速闭环回收系统的工业化应用。

深海环境中自发进化的PET降解酶系列为实验室优化提供了理想的起始模型。这些酶系统经过自然选择的严格筛选，在实际环境条件下表现出良好的稳定性和活性，这些特征对于工业应用至关重要。传统的实验室酶设计往往只关注试管条件下的活性，而忽略了复杂环境条件下的性能要求。

M5基序现在为科学家提供了精确的结构蓝图，指明了在现实条件下至关重要的结构调整位点。通过分析这些自然进化的调整机制，研究人员可以设计出在处理厂中高效降解塑料的工程酶，最终实现在家庭环境中的塑料生物降解。

这种基于自然进化模板的酶工程策略具有显著的技术优势。与完全人工设计的酶系统相比，基于自然进化酶的改良版本通常具有更好的稳定性、更高的催化效率和更广泛的底物适应性。这些特征对于开发商业化的塑料生物处理技术至关重要。

此外，海洋微生物塑料降解酶的发现还为开发新型生物修复技术提供了可能。通过工程化改造这些酶系统，科学家们可能开发出能够在海洋环境中直接部署的生物清洁技术，虽然这种应用还需要careful的生态安全评估。

从更广阔的视角来看，这项研究揭示了生命系统对人类世环境挑战的快速适应能力，为理解生态系统resilience和进化潜力提供了重要启示。当世界各国努力寻找解决塑料污染问题的方法时,科学家们可能会在深海中找到意想不到的盟友——那些已经学会将废物转化为食物的细菌群落。

来源：人工智能学家