聚乳酸(PLA)的中温堆肥降解机制及微生物组解析：新型水解裂解酶(Hydro-lyase)的发现

为解决聚乳酸(PLA)生物降解需高温条件的行业难题，台湾长庚大学团队通过宏基因组学揭示了中温堆肥中PLA降解的微生物组特征，首次发现水解裂解酶(Hydro-lyase)可通过无水裂解酯键启动PLA降解，结合丝氨酸水解酶(Serine hydrolases)实现聚合物解聚，为低温PLA堆肥技术开发提供新思路。

　　

塑料污染治理是当前环境领域的重大挑战，聚乳酸(PLA)作为主流生物基塑料虽具可持续潜力，但其工业化堆肥需维持55-60°C高温的严苛条件，严重制约实际应用。传统认知认为PLA降解需先通过高温水解实现表面功能化，才能被微生物酶解聚，这一能量密集型过程使中小规模堆肥难以实施。台湾长庚大学医学院生物医学系的研究团队突破性培育出具有PLA中温降解能力的堆肥体系，通过宏基因组学解析发现新型水解裂解酶(Hydro-lyase)可能替代高温水解步骤，相关成果发表于《Journal of Hazardous Materials Letters》。

研究采用扫描电子显微镜(SEM)观察PLA膜形态变化，结合宏基因组测序和生物信息学分析（Bowtie2宿主基因组去除、MEGAHIT组装、DIAMOND+MEGAN功能注释），对训练堆肥(25L体积，25-40°C)中PLA表面微生物组进行深度解析。样本队列包含三个商业PLA薄膜(AGT/Jiasheng/Nanochem)在训练堆肥(S/S3)与未训练堆肥(U)中的降解实验组。

中温堆肥展现PLA降解能力

SEM显示训练堆肥中PLA膜表面出现多层剥离和消化特征，15天内未预处理薄膜降解显著。预处理(65°C/24h)薄膜在训练堆肥中10天内完全解体，而未训练堆肥仅见物理破损。

PLA相关微生物组特征

PCA分析表明PLA表面菌群结构与堆肥本体显著不同，且训练堆肥菌群相似度更高。信号肽蛋白占比在PLA样本中显著提升(较对照高3.8倍)，其中水解酶(EC3)和裂解酶(EC4)占比突出。

关键酶类发现

丝氨酸型D-Ala D-Ala羧肽酶(EC3.4.16.4)在PLA样本中富集度最高(7.2倍)，验证了丝氨酸蛋白酶在PLA解聚中的作用。更关键的是，甘露糖酸脱水酶(EC4.2.1.8)在训练堆肥PLA样本中特异性存在，RT-PCR证实其活性表达。该酶属水解裂解酶类，可通过无水机制裂解C-O键，为解释中温降解提供新机制。

这项研究首次提出"水解裂解酶启动-蛋白酶解聚"的双酶协同模型：水解裂解酶突破PLA表面疏水屏障实现初始裂解，后续由丝氨酸水解酶等完成链解聚。该发现不仅解释了中温堆肥降解PLA的生物学基础，更为开发低温PLA降解技术指明方向——通过定向富集产水解裂解酶菌株或酶制剂，有望实现低能耗PLA生物降解，推动生物塑料的闭环可持续发展。研究同时揭示了堆肥微生物组功能驯化的巨大潜力，为其他难降解聚合物的生物处理提供方法论参考。