Nature Catalysis：工程化的高活性耐热PET酶降解塑料

纳米技术

2022-10-01

近日人们发现了IsPETase酶，这种酶是能够降解PET聚合物的水解酶，因此得到生物催化领域相关研究者对于发展可循环塑料材料的广泛兴趣。为了实现该目标，需要发展高活性的工程酶催化剂能达到工业处理的需求量。虽然人们在工程PET酶的设计进行相关工作并得到报道，但是目前还未曾通过实验进化的方法优化酶的相关报道。

有鉴于此，曼彻斯特大学Anthony P. Green等报道发展了一种自动化的高通量直接进化方法进行聚合物降解酶的工程化。

本文要点：

（1）

通过在提高的反应温度考察催化反应活性变化情况，从而得到了一种能够在PET玻璃化温度具有热稳定性的IsPETase变体酶，HotPETase（T_m=82.5 ℃）。这种HotPETase酶比以往报道的PETase酶相比，能够更有效的对半晶化态PET进行解聚。通过HotPETase酶进行结构分析，发现有助于提高耐热性和催化活性的特征。本文研究展示实验室进行酶的进化，发展具有塑料降解功能的酶提供经验和指导。

（2）

这种HotPETase美能够对市售的PET进行降解，而且能够对PET/PE层压包装材料进行选择性降解，说明这种美降解技术的发展前景。对HotPETase酶进行结构表征，发现酶的结构中形成Cys233-Cys282二硫化学键，因此中心β-折叠结构具有更好的折叠结构，这可能是产生优异热稳定性的原因，此外发现存在规则排列的单一Trp185构象，说明色氨酸（tryptophan）的柔性结构并不是进行催化反应所必须的要求。这个催化反应的进步和发展，非常关键的一点是将发展的酶进化方法与生物催化反应方法之间结合，包括通过计算模拟指导酶的工程化设计、向酶结构引入聚合物结合位点、发展多酶复合物等方法。此外，将生物催化降解、酶的单体进行循环利用进行结合，将有助于塑料降解酶的进一步发展。

参考文献

Bell, E.L., Smithson, R., Kilbride, S. et al. Directed evolution of an efficient and thermostable PET depolymerase. Nat Catal 5, 673–681 (2022)

DOI: 10.1038/s41929-022-00821-3

https://www.nature.com/articles/s41929-022-00821-3