生物科技為塑胶废弃物处理带来曙光
生物医学系 杨淑元助理教授
塑胶在现代生活中无所不在，各式产物应用深广，其他素材难以代替。但塑胶产物好用的原因，从轻巧稳定到价格低廉，恰都是这个材料的使用逐年增加，成為现今最大的环保挑战之一的缘由。塑胶是石化製品，因此大量使用，对於刻不容缓的减碳工作是很大的障碍；持续累积无法分解的塑胶废弃物，也已使得不论是陆地环境或是海洋生态中，都存在很多难以处理的塑胶垃圾及微粒污染。
塑胶问题最重要的解方莫过於减塑，因此这是近年来各国重点推动的环保政策。除了减少新塑胶的生产和使用，另外一端也需要方法来分解塑胶。目前处理塑胶废弃物的方式，最大宗的是掩埋和焚化。焚化可以产生能源，也能大幅减少废弃物体积，但就资源循环利用的角度还是相当不经济。塑胶虽然能够回收后以化学方法再生，但由於产物多元，混合回收后不容易有效再依成分分类，且各种塑胶的再生製程不同，因此在成本考量下，时常回收后还是以焚化处理，实际上的再生比例并不高。
生物工程的興起，帶來了以生物方法再生塑膠的新可能。各類塑膠中，目前發展得最快的是用於寶特瓶的聚對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate, PET）塑膠。2016 年時，日本科學家從回收場中新發現一株具有顯著分解 PET 塑膠能力的細菌，命名為大阪堺菌(I. sakaiensis)，並找到裂解 PET 所需的相關酵素，包括將長聚合物降解為單體的 PET 酶、以及將單體代謝為可供細菌使用物質的 MHET (Mono-(2-hydroxyethyl)terephthalate) 酶等。這個突破性的發現促使多個實驗團隊嘗試優化這幾個酵素分解 PET 塑膠的能力。2020 年九月，英美合作團隊即發現，把大阪堺菌的 PET 酶、MHET 酶兩個酵素串聯成為一個蛋白質時，分解 PET 的效率更為優異。
另外一個已知能夠分解 PET 塑膠的是枝葉堆肥角質酶(leaf-branch compost cutinase, LCC)，這是一個透過總體基因體學在枝葉堆肥的微生物中找到的酵素。2020 年初有法國團隊發表 LCC 分解塑膠能力奇佳，可能比大阪堺菌酵素更好，且經由基因工程改造過後的角質酶，分解 PET 塑膠效率還可以再加倍。
上述兩組酵素都是生物分解塑膠的潛力股，不過 PET 在所有塑膠中只佔不到十分之一的比例，且 PET 塑膠已經是現下回收後以化學方法再生效率最好的種類了。這意味著以生物方式分解其他種類塑膠，甚至是使用混合材質塑料的產品，還有廣大的開發空間。生物分解塑膠的另一個願景是，使用多種微生物或是酵素，將不同的塑膠材質轉化為其他可利用的有機物質，克服塑膠混合回收的問題。
我们面对现下的鉅大环境问题，生物科技有潜力成為重要的解方，需要投入更多的力量去发展！