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文章背景簡介

BACKGROUND INTRODUCTION

聚對苯二甲酸乙二酯（PET） 由于其耐久性、價格低廉和使用方便等優(yōu)點，是工業(yè)中應用最廣泛的合成塑料之一。然而，廢棄的塑料廢物是造成環(huán)境問題的主要原因之一，會污染海洋和土壤中的環(huán)境，并且這些塑料經(jīng)過風化分解后會產(chǎn)生小于 5 mm 的微塑料顆粒，這些細小顆粒會對環(huán)境問題造成更大的影響。而且，這些微塑料被海洋生物攝入后會在它們的體內積累，最終通過食物鏈轉移到人類的體內。因此，塑料廢棄物不僅是造成環(huán)境污染的主要因素之一，而且對人類健康有著嚴重影響。為了解決或減輕這些環(huán)境問題，人們開發(fā)了一些對塑料廢物進行化學和物理處理的技術；然而，這些技術帶來的副產(chǎn)品也依然會對環(huán)境污染有一定的影響。因此，研究者試圖開發(fā)使用角質酶和脂肪酶的生物方法來降解塑料；然而，這些酶對 PET 降解能力較低，并且需要相對較高的溫度（約 70℃）才能實現(xiàn)其酶的活性。

最近，科學家發(fā)現(xiàn)了一種全新的微生物細菌，將可以解決塑料帶來的環(huán)境問題，這種細菌名叫Ideonella sakaiensis，能夠有效的利用PET作為碳源，并且可以利用兩種酶（PETase 和 MHETase）將PET聚合物降解成對苯二甲酸單羥乙基的單體（MHET）。更重要的是，和來源于其它細菌的PET降解酶相比，來源于Ideonella sakaiensis的IsPET降解酶不僅具有比迄今為止已知能夠降解 PET 的任何其他酶高得多的降解活性，而且還在中等溫度下發(fā)揮作用，對環(huán)境具有很好的適用性。

2019年3月11日，韓國慶北大學生命科學院的Hyeoncheol Francis Son等人在《ACS Catalysis》雜志（IF＝12．221，化學一區(qū)）發(fā)表了題目為“Rational Protein Engineering of Thermo－Stable PETase from Ideonella sakaiensis for Highly Efficient PET Degradation”的文章。

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所用到的主要方法

METHODS

1．蛋白質制備

2．熔化溫度（Tm）測量

3．PET薄膜降解

4．蛋白質熱滅活實驗

5．HPLC分析

6．結晶、數(shù)據(jù)收集和結構確定

7．PET薄膜結晶度的測量

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文章主要內容摘要

ABSTRACT

聚對苯二甲酸乙二酯（PET）的廣泛使用引起了各種環(huán)境和健康問題，使用生物酶法降解PET塑料是一個很有前途的解決方案。盡管來自Ideonalla sakaiensis的PET降解酶 （IsPETase） 是迄今為止在溫和條件下PET 降解活性最高 的PET 降解酶，但其熱穩(wěn)定性較低限制了其應用。為了提高 PET 降解活性，本文根據(jù)IsPETase的蛋白結構信息，利用IsPET降解酶的突變體進行了熱穩(wěn)定性篩選，開發(fā)了一種合理的蛋白質工程策略。設計了具有穩(wěn)定的β6－β7 連接區(qū)域和擴展的亞位點IIc的IsPETaseS121E／D186H／R280A 突變體。與IsPET降解酶的野生型相比，IsPETaseS121E／D186H／R280A突變體 的Tm 值提高了8．81℃，PET的降解活性增強了14倍。通過突變體的結構測定也進一步驗證了設計的蛋白改造技術是有效的，并且通過熱滅活實驗進一步證實了其具有高的熱穩(wěn)定性。

本文所提出的蛋白改造技術和開發(fā)的突變體為實現(xiàn)在溫和條件下能夠將 PET 完全生物降解提供了一個新思路。

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