微生物与微藻：生物技术应对空气污染与塑料垃圾

生物技术正在成为应对污染和塑料垃圾的关键工具，相关项目涵盖从净化城市空气的微藻到分解PET塑料或将其转化为香草香精的工程细菌。全球每年有1900万至2300万吨塑料垃圾泄漏到水生生态系统中，世界经济论坛警告称，如果生产不加控制，到2050年海洋中的塑料可能比鱼还多。为此，研究人员正在利用定制DNA改造微生物，以降解污染物、从废物流中回收资源，并生产可生物降解的替代品。

一个城市概念项目——Liquid Planet项目，利用基于微藻的生物技术捕获环境中的二氧化碳、颗粒物和有害气体，同时释放氧气。该系统被环境与能源安全部长描述为“近几十年来出现的先进生物技术、公共卫生与城市愿景之间最重要的融合之一”，它将光合作用定位为一种新的全球经济系统，在应对空气污染和气候变化的同时兼顾经济可持续性。

合成生物学家也在将工程微生物的范围扩大到大肠杆菌（Escherichia coli）和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）等实验室主力菌株之外。科学家们在自然界中寻找已经能够降解污染物的微生物，然后利用这些知识创造出能更好完成这一工作的生物体。LanzaTech的首席创新官表示：“十年前被认为不可能的事情现在变得可行了。”这推动了向循环模式的转变，即利用废物生产燃料、化学品和材料。然而，该领域的发展受到对向环境释放转基因生物的担忧以及缺乏政府资金和激励措施的制约。

在塑料垃圾管理方面，密苏里大学开发的工程藻类能够产生柠檬烯，使其具有疏水性，从而使微塑料附着其上并聚集成可收集的固体块。爱丁堡大学的科学家对大肠杆菌进行了工程改造，使其能够将通过分解PET获得的对苯二甲酸转化为香草醛（香草香精的主要成分）。神户大学的一个团队对大肠杆菌进行了工程改造，使其能够从葡萄糖中生产吡啶二甲酸（PDCA），作为PET的可持续替代品，其浓度比此前报道的高出七倍以上。北卡罗来纳州立大学的研究人员与需钠弧菌（Vibrio natriegens）和伊德奈拉菌（Ideonella sakaiensis）合作，改造了一种海洋微生物，以在盐水中分解PET。滑铁卢大学的研究探索了将塑料转化为能源的微生物途径，以及基于酶的方法来降解废水中的PET，包括同时代谢二氧化碳和塑料垃圾的微生物。

在生物塑料领域，生物塑料仅占每年近4.14亿吨塑料产量的0.5%，但全球产能预计将从2024年的大约247万吨增加到2029年的约573万吨，翻一番。2025年，亚洲以约55%的产能占据主导地位，而欧洲的份额预计到2030年将从14%增长至17.2%。专家将亚洲的领先归因于强有力的政府支持、出口导向型产业，以及在生物基生产、碳捕获利用和回收方面的优势。相比之下，欧洲在市场引入方面几乎没有支持措施，如配额或激励措施。欧洲ViSS项目正在利用家禽和制糖工业废弃物，通过非无菌发酵工艺开发生物基可生物降解PHBV塑料；西班牙已经开发出3HV含量为10%–15%和20%–30%的PHBV颗粒，试点示范装置可能在2026年6月前启动。