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《自然—催化》: PET降解酶新突破,塑料有望进入生态循环

前言:随着世界各国对于减塑和禁塑措施的出台,如何彻底将PET安全、环保地降解已成为众多行业科研人员研究的主要课题。

塑料制品在给人类生活带来便利的同时,引起白色污染,已经为全球生态系带来严重负担。其中聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)塑料占全球聚合物总量的18%,是白色污染的重要来源。PET性质稳定不易分解,被广泛的作为包装及容器使用。目前对PET废弃物的处理方法有填埋、焚烧以及回收利用。 但即便将PET放置在湿度达 100% 的环境下降解,也需要数百年,属于“顽固性”难降解。

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5月20日,《自然—催化》在线发表了湖北大学生命科学学院、省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室教授郭瑞庭团队的最新成果,他们发现这种细菌在不到100年的时间内进化出这种特殊的酶,具备与众不同的结构,使其能够降解体积较大的PET分子。基于此,科学家可以开发出多种新型PET降解酶。

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图丨相关论文(来源:Nature Catalysis)

塑料性质稳定,一般认为需要数百年时间才可能被自然分解。早在2016年,日本科学家在大阪近郊的PET回收处分离了一株能“吃”PET的细菌Ideonella sakaiensis。这株细菌分泌的能够将PET水解成小分子的酶被称为IsPETase,分解后的小分子MHET与TPA可以被这种细菌吸收利用。

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图丨 PET 生物降解机制

郭瑞庭教授表示,IsPETase是目前为止唯一在自然界演化产生的真正意义上的PET降解。但是IsPETase并不是一个全新的酶,而是属于一种古老的酶种——角质酶。角质酶原本是微生物用来分解植物角质层的。研究发现,古老的角质酶分解PET的活力非常低,但与角质酶结构非常相似的IsPETase却能够很好地水解PET。

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PET水解酶的整体结构

通过大量研究郭瑞庭教授发现,为了快速适应生存环境中堆积的大量PET废弃物,细菌在古老的角质酶中导入突变,将之转变成了一个有效的PET降解酶,用以分解PET作为能量的来源。微生物在短时间内选择了突变角质酶来分解PET,显示这可能是产生一个PET降解酶最快速有效的途径。这些结果为大自然应对并分解塑料的演化过程提出理论根据,也揭示了自然界在短时间演化出更多塑料降解酶机制的可能性。


附录:郭瑞庭教授介绍,湖北大学生命科学院教授,省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室结构生物学中心负责人,国家万人计划科技创新领军人才、科技部中青年科技创新领军人才、湖北百人计划特聘专家、湖北楚天学者特聘教授、中科院百人计划、863项目首席科学家、国家重大专项课题负责人。2006年在台湾大学获得生化科学博士学位,专注于酶蛋白晶体结构解析、改造及应用,获天津市自然科学二等奖1项。目前共计发表超过百篇SCI文章,近五年在Nature Reviews Chemistry、Immunity、Nature Catalysis、Nature Communications、Angew. Chem. Intl. Ed.、JACS、ACS Catalysis等SCI期刊发表论文70篇,共26篇获选为封面文章,申请国内外专利31个,已授权23个。郭瑞庭教授主要研究方向(1) 探讨病原微生物萜类合成酶结构与功能以及药物开发; (2) 纤维素酶及半纤维素酶的结构功能分析以及理性设计; (3) 食品安全与环境保护相关酶等的酶学功能与结构研究,以及理性设计; (4) 膜蛋白、P450酶的结构与应用。

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

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