在看不见的神秘深海中，1.5亿吨塑料垃圾、170万亿微塑料颗粒正逐渐蚕食着海洋生态环境，潜藏暗处的白色污染正一点点将人类包裹。

到2050年，塑料产生的温室气体累计排放量将超过560亿吨。

既要“治塑”，又要“降碳”，如何实现？

山东大学青岛校区副校长、微生物技术国家重点实验室常务副主任李盛英找到了答案：“生物降解的最大优点是几乎不产生碳排放，因此，如果能从海洋中发现一种可降解塑料的微生物或酶，气候危机的有效缓解将不言而喻。”

近日，山东大学与青岛华大基因研究院（以下简称华大）合作，建立了迄今为止最大、最完整的“全球海洋微生物组数据库”，构建了包含了24195个物种水平的非冗余基因组，将人类对海洋微生物的视角再度拓宽。

不仅如此，通过挖掘包含24.58亿非冗余基因序列的数据库，成功从深海热液喷口及深渊海沟中发现嗜盐耐热PET水解酶，有望实现“高效灭塑“。

“dsPETase05塑料降解酶在1：1000的投料比下，降解率高达83%。” 李盛英向《中国科学报》介绍，“通俗来说，就是1克这样的酶，可以将55个500毫升的矿泉水瓶化为水溶液。”

近日，该成果发表国际顶尖学术期刊《自然》上。

李盛英与团队成员  受访者供图

相识又相见，邂逅海洋微生物

显著成果，往往起于微末。

这次的想法起源于一次平常的散步。

山东大学青岛校区东门面朝大海，出校门步行约200米，就可以到达鳌山湾海边。美丽的海滩平缓地向大海深处延伸。

李盛英常常下班后独自到海滩散步。

漫步海滩，轻柔的海风吹拂着疲惫一天的大脑，向远望，翻滚的白色浪花，视线尽头连绵的海平线与天相接。

但近处，冲上来的塑料瓶犹如往一件洁白的裙子上面滴了墨水，不由得使李盛英眉头紧皱，但一个想法也随之而来。

“海滩看到的塑料污染只是冰山一角，海洋里面有大量的微塑料，触目惊心。”李盛英解释道，“当时我想，既然海洋中的塑料如此多，能否有一种微生物可以‘吃’塑料？”

不同于陆地微生物，海洋微生物更难以在实验室实现分离培养，目前国际公认的说法是海洋微生物中有99%的物种尚未探明。

“目前，塑料总产量已超全球动物总重量的两倍，”李盛英介绍道，“实现塑料的循环经济和资源化利用，助力‘塑达峰、塑中和’是我们的目标。”

他们将目标的实现瞄准蕴含无限可能的海洋。

2018年，团队从无到有，鼓足勇气踏入新的领域，尝试申报国家自然科学基金委的中欧重大国际合作项目，失败。

2019年，他们再次申报国家重点研发计划后成功，开始做塑料降解酶的相关研究。

通过针对环境的样品进行宏基因组测序，能够还原大量海洋微生物的生命过程，华大将世界上所有的海洋微生物数据集成起来，构建国际最大、最完整的数据库。

李盛英形象地介绍道，“由于我们涉足海洋微生物研究领域时间较短，可以说是‘相见不多、相识甚少’，但是对于华大来说，他们通过建立海洋微生物基因数据库实现了‘未曾相见、却能相识’。”

两者结合，岂不是能够对微生物既相识又相见，从而揭开其神秘面纱?

就这样，2022年，山东大学开始了与华大的进一步合作。

李盛英进行微生物实验操作   受访者供图 

一锄头下去，挖出金矿！

“华大构建的数据库如同一座矿山，但只有将矿山中的矿石有效开采出来，才能发挥其最大价值。李盛英笑着说道，“我们是第一批进入这个矿山的矿工。”

正如选拔跳高运动员需要对身高有一定筛选标准，根据从对陆地微生物已有的知识储备，团队从数据库中序列搜索到利用人工智能算法缩小范围，再到从海洋极端环境进一步收缩范围，

通过层层“选拔”，潜在序列的数量从最初的3000多条缩小为200，最终降至6个。

“我们合成了这六个基因，通过大肠杆菌这种微生物把这六种酶表达出来，然后与PET塑料膜与提纯出的酶混合反应。”李盛英介绍道，“但是非常失望，什么都没有发生。”

难道真的一点活性都没有吗，宽阔无垠的海洋，还有哪些不一样的特质？

试想一下，如果被海水呛一口，人们最先感叹道的常常是“这海水也太咸了”！

海水中还有盐！

几次讨论后，团队决定再加入盐试一下，结果表现出了很高的活性，且盐浓度越高活性也越强。“

2022年底，他们从深海发现高活性野生型嗜盐耐热PET塑料降解酶，发现在饱和盐水，55 oC条件下，PET塑料降解活性是日本科学家报道的IsPETase (Science, 2016) 活性的44倍。

李盛英对记者开玩笑说：“我们进入人类从没有涉猎过的‘矿山’的时候，第一锄头，就非常快速地挖到了金矿。”

“第一锄头就能挖到这么好的金矿吗？”李盛英自问道，比起运气，团队更相信有逻辑链条的科学道理。

由于大多数海洋微生物无法培养，因此人们常常从海洋里挖一块底泥，然后对底泥中的所有微生物进行宏基因组测序，最后将测序结果向全世界公开。

李盛英他们下一步做的，就是去寻找表现出活性的样品记录。

“通过追溯我们发现，三条活性基因中的两条来自中国科学家从马里亚纳海沟的取样结果，一条来自德国科学家从印度苏门答腊岛的取样结果。”微生物技术研究院助理研究员刘琨介绍道，“开放共享能够更好地促进科学发展。”

而人类命运共同体的概念，也在这一刻得到了具象化的展示。

李盛英指导学生实验    受访者供图 

“重塑”这个气候严峻的世界

在探寻深海微生物与基因资源的路上，资源样品都是历经浪急船颠得来的。

山东大学、微生物技术国重室曾搭乘“蛟龙号”深海下潜5076.5米调查，取回160余份深海样品，现场分离230余株深海微生物菌株。

过去，海洋微生物大规模处于探索阶段，知识产权与核心技术的话语权都掌握在西方国家手中。随着我国海洋科考能力逐步达到国际领先水平，对海洋微生物采探和大数据挖掘逐渐迎头赶上，“中国科学家在海洋微生物及其资源挖掘和利用方面可以不与其他国家产生冲突，而是可以在海洋领域引领一个新赛道。”李盛英自豪表示，“我们把它称为‘换道超车'。”

这次成果，共申请了10项专利，得益于国家专利局的最新批量预审试点服务，一个半月的时间内，一次性取得授权，而在过去这一过程往往需要2-3年时间。

李盛英说，作为第一个进入“矿山”的团队，进入之初，他们共选定了三个采矿目标：为了解决生态环境保护问题挖掘塑料降解酶、为了解决人类健康问题挖掘抗菌肽、为了解决生物技术的底层工具问题挖掘新型的基因编辑工具。

他们将这个数据库形象的比喻为“矿山”，对其中的资源视为富矿，而他们制定的这三个任务也在这座富矿中圆满完成。

采矿任务虽然完成，但是撰写“采矿日志”，投稿发表远没有结束。

能够发表在Nature的文章，一投即中的太少，大多数文章都经过千锤百炼的修改。

2023年10月25日，李盛英收到了第二次的拒稿信息。

“当时我正在出差，刚到地铁站准备再去转飞机，得知拒稿后，立刻联系大家。”李盛英讲道，“我当时仔仔细细看完了拒稿，捕捉到了一句话，里面说，如果能够将所有审稿人意见都满足的话，我们这篇文章是可以被重新考虑的。”

嘈杂的地铁站内，人流穿梭而过，李盛英勉强落脚，举着手机同大家进行视频会议，鼓励视频对面因再次被拒稿而失望的团队成员们。

补充抗菌肽实验、为数据库做一个向全世界公开开放的网站、补充具体的相关实验过程，团队用5个月时间重振旗鼓再次打磨数据。

他们对目前已公开的近240 Tb海洋微生物宏基因组数据进行重分析，构建了包含超过4.31万个海洋微生物基因组和24.58亿条基因序列的大型数据库。

2024年7月31日，文章被顺利接收。

在大多数研究还停留在陆地微生物层面，对海洋微生物束手无策时，这篇论文由海洋孕育而来，向海而兴，未来又将反哺海洋。

“从领域内的共识来说，除了一些如沙漠、火山等极端环境，目前陆地的微生物资源基本已开发殆尽，而海洋作为生命的起源地，还蕴藏着无限机会。”言谈间，李盛英的观点站在更高的视野，“以一己之力探索这样一个广袤的矿藏，进度和效率都不够高，希望更多的微生物学家们都能一起进入这个‘富矿’中，共同解决人类面临的重大问题。”

从无到有的勇气，来源于“需要做一些有意义的事情，能够解决人类重大问题”的科研理念。

目前,随着欧洲征收碳税，中国许多塑料回收加工企业的出口困境日益加剧，“如果可以降低成本、将塑料生物降解酶推向产业化，无疑是为更多企业找寻出路。“李盛英说道。

对李盛英他们来说，塑料降解只是开始，每一种塑料降解酶的工作机制与原理都各不相同，实验中那一点点的海水味道尚不足以代表整片海洋，他们要将成果推向产业化，实现真正的商业化落地。

实现塑料的循环经济、资源化利用、污染修复，利用微生物技术让“塑达峰、塑中和”，“重塑”这个气候危机严峻的世界。

论文相关信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07891-2