發布時間：2023年2月28日
已經查看了335次
聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料具有成本低、便攜、穩定、氣密性好、透明度高等優點，廣泛應用于紡織行業、家用電器及食品包裝等領域，但在自然界中難以解聚，造成了比較嚴重的環境污染。目前，廢棄塑料的有效回收與再利用已成為全球性的研究熱點。PET的酶促解聚為廢棄塑料的回收利用提供了綠色途徑。IsPETase是近年來報道在常溫下對PET水解活性最高的酶，但穩定性較差，引起國內外學者的關注。基于IsPETase晶體結構的（半）理性改造已獲得一系列催化性能提升的突變體。定向進化是提高IsPETase催化性能的有效方法之一，可以挖掘出遠離活性位點的潛在有益突變位點，但IsPETase缺乏高效靈敏的高通量篩選方法。
針對上述PET水解酶定向進化缺乏高通量篩選方法的技術瓶頸，中國科學院天津工業生物技術研究所研究員朱蕾蕾帶領的蛋白質定向進化研究團隊與南京中醫藥大學教授劉海峰合作，首次發展了以PET結構類似物為底物，基于熒光檢測的PETase水解活性微孔板篩選方法。科研人員巧妙地設計了一種新型化合物BHET-OH（PET寡聚物BHET的衍生物）。該化合物被PETase水解后可以生成帶有熒光信號的產物TPA-OH，對反應體系的連續熒光檢測可以快速測定PETase的水解活性。該熒光法適用于其他PET水解酶。研究基于建立的篩選方法，對PETase進行多輪定向進化，進而Tm值提高了23.3°C，收獲了對無定型PET膜的水解活力大幅提高的最佳突變體DepoPETase。DepoPETase在中溫下實現了多種PET廢棄包裝的完全解聚，同時其水解活性與穩定性通過了3L發酵罐中19.1 g PET廢棄包裝完全解聚的升級放大實驗的驗證。研究通過分子動力學模擬闡釋了該酶的催化性能提升的機理，發現DepoPETase的有益突變主要是通過疏水作用、鹽橋、氫鍵等相互作用，增強催化三聯體附近的6個loop的網絡相互作用，進而將穩定效應傳遞到活性中心，從而提高該酶的催化性能。該工作通過定向進化技術和新穎的高通量篩選方法提高了IsPETase的PET水解活性和熱穩定性，為PET水解酶的分子改造提供了新思路和新方法，并為PET的酶降解循環利用提供了高效的酶催化劑。
近日，相關研究成果發表在《德國應用化學》上。研究工作得到國家重點研發計劃、天津市合成生物技術創新能力提升行動、中科院STS項目的支持。
2023-02-27 來源： 天津工業生物技術研究所