使い捨てされるパッケージング材料が、製品寿命をはるかに超えて環境中に何十年も残る。この矛盾を解こうと、中国の深圳先進技術研究院（SIAT）のZhuojun Dai氏らのチームは、特定の条件で自己分解するプラスチックを開発した。3Dプリンターのフィラメントや手術用の吸収性糸に使われるポリカプロラクトンに、休眠状態の細菌胞子を埋め込み、引き金となる条件を与えると6日で完全に分解する。マイクロプラスチックは残らないという。論文は学術誌「ACS Applied Polymer Materials」に掲載された。
仕組みの核は2種類の酵素のリレーだ。チームは枯草菌（Bacillus subtilis）を遺伝子改変して、Candida antarctica由来のリパーゼとBurkholderia cepacia由来のリパーゼという2種類の高分子分解酵素を別々の菌株に作らせた。前者は長い高分子鎖をランダムに切って短い断片を作り、後者がその断片の末端から順に小分子まで削る。プラスチックは長くて密に詰まった鎖が酵素の手を遮る素材だが、切れ目を増やすことで2つ目の酵素が働きやすくなる、という設計思想だ。
実装も具体的だ。2種類の細菌の休眠胞子をポリカプロラクトンに混ぜ込んでフィルム化したところ、機械特性は通常のポリカプロラクトンと変わらなかった。ところが50℃の栄養培地に浸すと、胞子が「目覚め」て分解が始まり、6日後にはフィルムが基本構成分子のレベルまで還元された。協同作業のおかげで途中段階のマイクロプラスチック粒子も検出されなかった。チームは概念実証として、このリビングプラスチックでウェアラブル電極を作り、所定の条件下で2週間で完全に分解することも確認している。
50℃と液体栄養培地が同時に揃わないと胞子は活性化しないため、通常の使用や常温保管では分解しない設計だ。今回の対象はもともと分解しやすいポリエステル系のポリカプロラクトンで、ポリエチレンやポリプロピレンといった汎用プラスチックへの拡張は次の課題だ。Dai氏らは、水中で分解を始める引き金の開発も視野に入れていると説明する。