蓝藻变“超级磁铁”：合成生物学破解微塑料治理难题
全球每年约产生3亿吨塑料，其崩解形成的微塑料已广泛污染水体与生态系统。传统物理过滤易堵塞、能耗高；化学絮凝受pH与离子强度限制，且仅实现污染物空间转移，而非真正消除。
靶向疏水相互作用：工程蓝藻实现高效捕获
美国密苏里大学Susie Dai团队与圣路易斯华盛顿大学Joshua Yuan团队在《Nature Communications》发表研究，提出以合成生物学改造蓝藻（Synechococcus elongatus UTEX 2973），构建工程菌株HCC——通过基因编辑使其分泌小分子疏水物质柠檬烯，显著增强细胞表面疏水性，从而与聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）等微塑料发生特异性疏水-疏水相互作用，驱动快速聚集与沉降。
实验显示：静置1小时即可实现91.4%的PS微塑料去除率；在真实废水及地表水中对PE、PET的去除率达80–90%；对200–800 nm范围微塑料均具高效捕获能力；每克干重藻细胞可吸附约0.1 g微塑料。
图｜HCC捕获的PET和PE（来源：Nature Communications）
机制验证与系统稳定性
受激拉曼散射（SRS）显微成像证实：柠檬烯（绿色信号）与微塑料（红色信号）空间高度共定位，排除EPS等非特异性成分主导作用。在连续19天培养中，HCC保持稳定沉降性能，适用于潜在连续流废水处理场景。
图｜HCC清除微塑料的机制（来源：Nature Communications）
集成化应用与资源化升级路径
HCC不仅高效捕获微塑料，还能同步吸收废水中氮、磷等营养盐，具备与现有污水处理工艺兼容的潜力。沉降形成的“藻–塑料”聚集体并非废弃物，而是可直接用于制备生物塑料或高性能复合材料的原料，实现微塑料从环境污染物到工业资源的闭环转化。
该平台依托光合作用供能，无需离心、高压过滤或外源絮凝剂，兼具低碳（固碳）、协同除污（氮磷）、高值产出（生物质）三大优势，在技术经济性（TEA）与生命周期评估（LCA）层面展现突出可持续性。
迈向规模化应用的四大关键挑战
1. 复杂环境适应性：需验证在低浓度、多类型微塑料共存及含重金属/有机污染物等真实废水中的有效性与稳定性；
2. 遗传与运行稳定性：长期工业运行中需保障工程菌关键表型不因突变丢失，须强化菌株设计与工艺调控；
3. 下游资源化工艺优化：需系统研究藻–塑料配比、反应时间等参数对复合材料机械性能的影响；
4. 生物效能持续提升：借助合成生物学进一步增强亲和力与单位生物质去除容量，支撑更大规模处理需求。
参考文献：
Long, B., Li, Q., Hu, C. et al. Remediation and upcycling of microplastics by algae with wastewater nutrient removal and bioproduction potential. Nat Commun 16, 11570 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-67543-5