Characterization and engineering of a plastic-degrading aromatic polyesterase

一种降解塑料的芳香族聚酯酶的表征与工程研究

来源：PNAS

IF：9.58

摘要：

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是最丰富的合成聚合物之一，并且以废弃的包装和纺织品的形式以惊人的速度在环境中积累。使PET如此有用的特性也赋予它对生物降解的惊人抵抗力，可能在环境中持续数百年。我们对PET和其他塑料的共同依赖意味着除非找到解决方案，否则这种积累将持续下去。最近，一种新发现的细菌Ideonella sakaiensis 201-F6显示出能够以PET作为主要碳和能量来源生长的罕见能力。其PET生物降解能力的核心是分泌的PET酶（PET消化酶）。在这里，我们提出了0.92Å分辨率的PETase X射线晶体结构，揭示了与角质酶和脂肪酶的共同特征。 PET酶保留了传统的α/β-水解酶折叠，但显示出比同源角质酶更开放的活性位点裂口。通过将两个活性位点残基突变到角质酶中的保守氨基酸来缩小结合裂缝，我们出人意料地观察到PET降解的提高，表明虽然可能在富含PET的环境中发展，PET酶仍未完全优化用于降解结晶PET。此外，我们展示出PETase降解另一种半芳族聚酯，聚乙烯-2,5-呋喃二甲酸酯（PEF），这是一种新兴的生物衍生PET替代品，具有改进的阻隔性能。相反，PETase不会降解脂肪族聚酯，这表明它通常是芳族聚酯酶。这些研究结果表明，通过额外蛋白质工程增加PET酶性能是现实的，并强调了对合成聚酯生物降解的结构/活性关系的进一步发展是十分必要的。