通过异源表达糖基化聚对苯二甲酸乙二醇酯水解酶（PETase），黑腹果蝇降解聚对苯二甲酸乙二醇酯

把昆虫变成微小回收者

由聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）制成的塑料瓶和食品包装随处可见，但将废旧PET回收为原料通常需要高温和强烈化学处理。本研究提出了一个令人意外且影响深远的问题：是否可以通过改造常见的果蝇来温和地分解PET，利用生物机制替代高炉和熔炉？

塑料为何如此难以处理

PET因其强度高、重量轻且耐久而广受欢迎。但正是这些特性使其在填埋场和海洋中难以分解。如今大多数PET回收依赖于高达数百度摄氏的能量密集型化学处理，增加了污染和温室气体排放。几年前，研究人员发现了一种称为PETase的细菌酶，能在更低温度下—接近室温—降解PET。这提出了一个诱人的可能性：如果能在常温下利用生物体系来进行这类反应，塑料回收或许能变得更清洁、更便宜且更灵活。

为果蝇借用细菌的“绝活”

论文作者取自一种可分解塑料的细菌的PETase，并将果蝇Drosophila melanogaster改造为在肠道某些部位和唾液腺中产生并分泌该酶。他们选择这些组织，因为果蝇肠道的部分区域天生呈中性至碱性——恰好是PETase最适宜的pH范围。首先，他们确认了改造后的果蝇确实在产生该酶，并且酶被释放到消化道和唾液中。随后，他们喂养幼虫一种专门设计的水溶性PET类材料，并测量幼虫体内及其食物中的关键降解产物对苯二甲酸。只有产生PETase的果蝇才检测到该产物，表明经改造的昆虫确实能从内生成分解PET类塑料。

从软性塑料到固体薄膜

研究团队接着探讨果蝇是否能影响用于瓶装和包装的更坚硬的固体PET。他们把薄PET薄膜直立插入果蝇食物中，让几代经改造的果蝇在其上生活、取食和爬行。为了保持周围环境略呈碱性——再一次有利于PETase活性——他们在食物中加入不同量的碳酸钙（一种温和的碱）。数周内，暴露于PETase果蝇的薄膜出现了随碳酸钙增加而加剧的明显表面损伤，而与对照果蝇共处的薄膜则基本保持不变。通过电子显微镜和表面化学测量，研究者表明处理过的薄膜表面粗糙、出现凹坑并且表层含氧量增加，这些都是持续分解和与水反应的迹象。

糖基化如何改变酶的行为

一个意想不到的转折来自动物细胞处理外源蛋白的方式。当果蝇或人类细胞产生PETase时，酶会带上糖链——这种化学“外衣”称为糖基化，使酶分子变大。通过比较天然细菌版本、果蝇制造的版本以及各自经化学去糖处理的版本，研究者发现了一个权衡。未带糖的酶更容易紧密附着于PET并在最初更快地分解它，但它们随时间，尤其在较高温度下，更快失活。带糖的PETase在固体PET上作用较慢，但能持续数周保持活性，长期产生降解产物，而那些快速形式早已失去活性。显微观察显示，带糖的酶在塑料上形成分散的小凹坑式啃蚀，而未带糖的酶则更均匀地侵蚀表面。

从实验室好奇心到未来回收工具

除果蝇外，研究讨论了昆虫和其他生物体如何作为移动平台，将塑料降解酶传递到难以到达的表面，包括潮湿但非完全浸水的环境。研究也强调了挑战：糖基化会降低酶与塑料的抓附效率，而任何现实世界中使用改造昆虫的方案都需要严格的安全措施和公众监管。尽管如此，研究表明一种成熟的实验室昆虫可被重新装备以分泌具有工业兴趣的酶，并能改变放置在其栖息地中的真实PET制品。

这对日常生活意味着什么

对普通读者来说，核心信息是：活体生物可以被重新设计来帮助解决我们最顽固的废弃物问题之一。这些工程化果蝇尚未准备好在填埋场巡逻，但它们证明了动物可以承载并分泌在实验室以外、对真实塑料片段和舒适温度下起作用的“吃塑料”酶。未来的进展可能将更高效的酶设计、更安全的基因保障措施以及或许不同的昆虫种类结合，形成基于生物的回收系统，补充甚至有朝一日部分替代当今高温且污染严重的塑料处理厂。

引用: Sanuki, R., Minami, H., Kawano, E. et al. Polyethylene terephthalate degradation by Drosophila melanogaster through heterologous expression of glycosylated polyethylene terephthalate hydrolase (PETase). Commun. Sustain. 1, 36 (2026). https://doi.org/10.1038/s44458-026-00047-5

关键词: 塑料生物降解, PETase, 工程化昆虫, 果蝇模型, 可持续回收