基于代谢分工的双菌协同高效降解PBAT：新型堆肥源菌群BDP053与BDT04的机制与应用

针对PBAT（聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯）自然降解缓慢且潜在生态风险的问题，中国科学院天津工业生物技术研究所团队从堆肥中分离出新型菌株BDP053（Steroidobacteraceae）和BDT04（Alcaligenaceae），构建了首个能完全降解高芳香组分（>50 mol%）PBAT的双菌协同体系。该联盟通过代谢分工实现110小时内99.1%的PBAT膜降解，并首次解析了单(4-羟基丁基)对苯二甲酸的两步氧化路径，9天即可矿化商业PBAT，为加速PBAT废弃物处理提供创新方案。

　　

随着全球每年218万吨生物塑料产能的扩张，PBAT作为替代聚乙烯的主力材料，其应用已覆盖地膜、包装等领域。然而现实却充满矛盾：标准认证的"可堆肥"特性在自然环境中大打折扣——地中海沉积82天降解不足2%，土壤中478天后仍残留芳香片段，更令人担忧的是，其降解中间体对苯二甲酸(TA)在斑马鱼胚胎中0.6 mg/L即引发心跳抑制，而田间土壤TA积累量高达131 mg/kg。这种"可降解却难降解"的困境，促使中国科学院天津工业生物技术研究所的Qianqian Liu团队在《Journal of Hazardous Materials》发表突破性研究。

研究人员采用16S rRNA高通量测序追踪堆肥微生物组动态，结合SEM（扫描电镜）、GPC（凝胶渗透色谱）和HPLC-DAD/MS（高效液相色谱-二极管阵列/质谱）等多维技术，从PBAT富集体系中筛选出关键菌株。通过基因组注释和代谢物追踪，首次揭示BDP053通过新型氧化路径将单(4-羟基丁基)对苯二甲酸转化为TA，而BDT04专攻TA的快速矿化，形成完美的代谢接力。

材料与方法
研究使用四种PBAT薄膜（包括芳香组分>50 mol%的S4），通过溶剂浇铸法制备样品。采用Illumina MiSeq平台分析原始堆肥与PBAT富集菌群的α/β多样性差异，结合传统平板分离获得纯培养菌株。降解效率通过失重率、CO₂释放量及中间体浓度综合评估，并利用拟南芥萌发实验验证代谢产物的生物安全性。

结果与讨论

1. 菌群结构重塑：PBAT富集使堆肥微生物多样性指数（Shannon）从5.2降至3.8，Steroidobacteraceae相对丰度提升300倍，暗示其降解主导地位。
2. 超常降解效能：BDP053在50℃下110小时降解2 g/L PBAT达99.1%，创目前报道最高效率；双菌联合使商业PBAT在9天内完全矿化，首次实现高芳香组分PBAT（16天降解）的突破。
3. 代谢路径解析：发现两个新型氧化中间体（C₁₂H₁₄O₅和C₁₀H₈O₄），填补了MHBT（单羟基丁基对苯二甲酸酯）至TA的转化机制空白。
4. 环境适用性：该联盟在常温堆肥中竞争优势显著，对PBAT-PLA/PHA复合材料同样有效，且降解产物不影响拟南芥发芽率与形态。

这项研究不仅提供了首个能彻底解决PBAT残留问题的微生物工具箱，更创新性地证明：通过精确的代谢分工，可突破高芳香聚合物降解的化学壁垒。其意义远超技术层面——当全球仍在争论"可降解塑料"的真实环境命运时，该成果为PBAT从"理论可降解"迈向"实践可循环"提供了关键支点，对实现"双碳"目标下的塑料污染治理具有战略价值。