塑料高如大象的眼睛？ - 彭博社

克里斯托弗·索默维尔对塑料工厂的概念有着激进的看法。这位密歇根州立大学的教授希望将工厂建在田野里。确切地说，是在马铃薯或玉米田里——它的生产线将是从土地中长出的塑料生产植物的行列。

这听起来像是虚构，但这是真实的科学。在全球范围内，一群不断壮大的研究人员正在研究能够制造微量天然塑料——称为生物聚合物——作为食物储备的微小细菌。科学家们已经分离出控制这一过程的基因，并利用最新的基因交换技术，成功地将这些微观生物的培养液转变为真正的塑料生产动力源。

接下来，索默维尔和其他人希望将塑料基因插入酵母、马铃薯甚至玉米中——并“种植”大量的生物聚合物。“植物的生产力是无与伦比的，”索默维尔说，他预测农业塑料在十年内可能成为现实。

目前，由细菌生产的塑料成本是每磅石油化学塑料的几倍，但它们提供了一些重大优势。首先，它们是真正可生物降解的。它们还可以帮助减少对石油的依赖：通过结合几种类型细菌的基因，美国、日本和德国的研究人员正在尝试设计聚合物——重复分子的链——以取代基于石油的品种。而通过将定制设计的基因插入细菌，科学家们表示他们可能会诱导出全新的塑料，例如用于体内的缓慢降解材料或替代橡胶的超柔性塑料。

目前，生物聚合物的商业兴趣正在不断增长。今年六月，英国的帝国化学工业公司在比灵汉开设了一家工厂，专门培养能够生产塑料的细菌。该工厂每年可以生产300吨这种材料。价格为每磅15美元——远高于基于石油的塑料的平均每磅60美元。但这并没有阻止一些公司：例如，Wella公司在洗发水瓶中使用可生物降解的塑料，以吸引“绿色”德国消费者。研究人员预测，仅制造效率的提高可能会在未来几年将生物聚合物的价格削减到每磅约3美元。

科学家们自1925年以来就知道能够生产塑料的细菌，但正是一次研究偶然让他们相信生物聚合物可以在商业上发挥作用。1989年，弗吉尼亚州哈里森堡的詹姆斯·麦迪逊大学的分子生物学家道格拉斯·丹尼斯正在研究阿尔卡利根斯·尤特罗夫斯（Alcaligenes eutrophus），这种土壤细菌在缺乏生长所需的氮时，会产生微量的聚合物家族，称为PHA（聚羟基烷酸酯）。就像熊在冬季前增加一层脂肪一样，这些细菌在感知氮或氧的稀缺时储存塑料。当供应改善时，塑料会转化为食物。

基因图谱。弗吉尼亚的研究人员正在寻找一种称为启动子的基因开关，它可以开启塑料生产基因。在这个过程中，他将一段长DNA转移到大肠杆菌中，这种细菌存在于人类消化系统中，广泛用于研究。这些细菌立即开始大量生产塑料。丹尼斯无意中发现了阿尔卡利根斯细菌用于制造塑料的整个三基因组。他还证明了塑料生产基因可以在新的宿主中开启。丹尼斯的好运引发了一场现代的淘金热：几周内，来自世界各地的科学家纷纷打电话。由于他的工作，研究人员获得了塑料生产基因的重要图谱。“现在可以在你想要的任何生物体中表达这些基因，”麻省理工学院的分子生物学家奥利弗·P·皮普尔斯说，他正在研究细菌如何将富含碳的食物转化为聚合物的复杂过程。

自从丹尼斯的发现以来，研究人员发现了丰富多样的细菌塑料，并开始解码这些微小生物用来控制其生产的生物机制。利用这些知识，马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员最近工程化了一种超级菌株，这种细菌的塑料含量高达其体重的75%。现任明尼苏达大学团队负责人的奥地利化学家弗里德里希·斯里恩克正在研究在设定时间内分解的聚合物。这些聚合物可能是将药物输送到体内的关键。

在日本，神奈川大学的生物学家斋藤照美正在尝试将塑料基因转移到能够利用阳光生产生物聚合物的微生物中。斋藤表示：“我们的目标是提高生产力以降低生物聚合物的成本。”

富含碳的饮食。改造基因并不是影响生物聚合物生产的唯一方法。一些研究人员正在给生产塑料的细菌喂食异国食物，以开发新材料。例如，荷兰和马萨诸塞大学阿默斯特分校的科学家通过给细菌提供富含碳的液体辛烷和丁烷来开发出一种橡胶状的PHA，取代了糖。

这些细菌组装出带有辛烷“侧链”的新聚合物，这些侧链沿着聚合物的长度附着，使用石化产品是无法复制的。由于这些侧链影响塑料的强度和柔韧性，这项研究表明，PHA可能取代比以前认为的更广泛的石油基塑料，并在从塑料薄膜到工业热塑性塑料的各个领域中发挥作用。

细菌只是一个起点。去年，密歇根州的索默维尔将产生PHA的三个基因从细菌引入到拟南芥中，这是一种与芥菜植物相关的小杂草。今年一月，他成功地将它们全部开启，首次在植物中生产出聚合物。索默维尔和其他人表示，生产塑料的作物植物并不遥远——这可能会彻底改变农业。“我们希望种植有这些塑料耳朵的玉米，”麻省理工学院微生物学教授安东尼·J·辛斯基说。

玉米带不会很快变成塑料带。仍然有一些主要难题需要解决。科学家们需要更多了解细菌用来组装聚合物的生物途径，才能定制设计许多塑料。然而，生物聚合物正在路上：世界的石油储备每天都在减少。而且，地球上仍然有足够的空间来种植索默维尔的梦想田野。