近日，国际学术期刊Journal of Hazardous Materials刊发了题为“A marine fungus Alternaria alternata FB1 degrades polypropylene”的文章，该研究由中国科学院海洋研究所孙超岷团队完成，首次报道了一株能够有效降解聚丙烯（PP）塑料的海洋真菌，并结合转录组学、体外异源表达以及体内基因敲除技术，提出了其潜在的降解机制。

随着近年来全球塑料污染问题日益严峻，寻找能够高效降解塑料的菌株和酶成为学术界和工业界共同关注的焦点。聚丙烯是全球使用量仅次于聚乙烯（PE）的通用塑料，约占全球塑料消费市场份额的21%，预计到2030年，其市场规模将达到1.29亿吨。聚丙烯化学结构非常稳定，被广泛应用于食品包装、医疗产品及汽车制造等领域。然而，这种稳定性也是一把“双刃剑”，导致废弃PP在环境中可存在数百年，严重威胁陆地及水生生态系统。传统处理方式如焚烧与化学回收不仅能耗高、成本大，还容易造成二次污染。相比之下，微生物降解因绿色环保而被视为潜在解决方案。然而，由于PP结构的高度疏水性和化学稳定性，微生物难以附着和降解，导致其生物处理研究长期滞后。以往大多数研究依赖预处理手段来提升其可降解性，但这也显著增加了成本，限制了工业化应用。

研究团队经过大量筛选，获得了一株有效降解塑料的海洋真菌Alternaria alternata FB1。前期研究成果显示该菌株不仅能够降解传统聚烯烃类塑料（如聚乙烯），还对可降解塑料PBAT表现出了显著降解活性。本研究进一步发现该真菌可以在未经任何预处理的纯PP薄膜表面迅速定殖，并在短短一周内形成明显的降解孔洞。研究人员进而采用红外光谱、X射线衍射、凝胶渗透色谱等手段对其降解能力进行了评估，结果显示其解聚效率最高可达65%。通过气相色谱-质谱分析，鉴定出该真菌降解PP的主要产物是两种烯烃（9-十八烯和1-十九烯），占比达到70%。结合转录组学和异源表达技术，研究人员解析了介导该真菌降解PP的潜在酶系，并从中获得了两种具有PP降解活性的酶种。本研究的亮点之一在于创新性地采取基因敲除手段评估了不同降解酶缺失突变株对PP的降解效率，并基于相关实验结果推测了PP的潜在降解机制。未来，研究团队计划通过遗传改造进一步优化菌株性能，以实现更高效的工业化应用。该研究为未来聚丙烯规模化降解提供了重要候选菌株，并为揭示真菌降解聚烯烃的分子机制奠定了理论基础。

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

图2 海洋真菌Alternaria alternata FB1降解聚丙烯塑料的推测模型

与此同时，孙超岷团队在其他生物可降解塑料领域也取得突破性进展。在对该真菌的深入研究中，团队发现了一种新型海洋真菌角质酶 AaCut10，该酶在温和条件下对聚丁二酸丁二醇酯（PBS）和聚己内酯（PCL）表现出极高降解活性。AaCut10在37℃下，20 分钟内对PBS和PCL膜的降解率分别达到了26.33%和85.67%。在其对二者的乳化液降解检测中，该酶在室温条件下仅1分钟即实现了对PBS和PCL的降解率分别达到81.88%和99.45%。此外，Ca²⁺、Mg²⁺和Mn²⁺等金属离子的加入显著提高了其活性。结合AlphaFold结构预测与关键氨基酸位点突变分析，研究人员确定 Leu209和Leu216 对AaCut10的降解活性发挥了关键作用。这一发现为后续规模化处理PBS和PCL塑料废弃物提供了坚实的理论基础和候选酶。相关研究成果目前已刊发在微生物学经典期刊Applied and Environmental Microbiology上。

图3 海洋真菌Alternaria alternata FB1角质酶AaCut10对PBS和PCL的降解效果

图4 野生型AaCut10与其突变体L209A/L216F的降解速率比较和结构预测

海洋所实验海洋生物学实验室博士研究生苏振杰及青岛大学联合培养硕士生朗丰娟为第一作者，孙超岷和吴仕梅为通讯作者。研究得到了山东省自然科学基金重大基础研究项目、国际科学组织联盟重点合作研究项目等联合资助。

论文信息：

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