聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的研究人员是什么？

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是日常生活中非常常见的聚合物加拿大28微信群全，通常用作矿泉水瓶、饮料瓶、水果和沙拉包装以及各种家用电器的外包装材料。目前 PET 废弃物的数量占全球废弃物总量的 12%。而PET制品多为一次性消费品，堆积起来的废PET材料在短时间内不易降解，会造成环境污染。研究人员早在 2005 年就发现了能够降解 PET 的酶，并将其与下游绿色工艺相结合，可以将 PET 单体转化为增值化学品，有望实现 PET 的可持续回收。 PET水解酶一般从微生物菌落中分离得到，但能够耐受高温、高盐环境并耐受pH的高活性PET水解酶仍然很少见。

泰国 VISTEC 科学技术研究所的 Chayasith Uttamapinant 等研究人员在人类唾液中发现了一种新的聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 水解酶 MG8。 MG8 在不同的温度和盐度条件下表现出强大的 PET 塑料降解活性，优于一些天然存在的工程水解酶。研究团队还将PET水解酶转化为共价粘合剂，可用于PET的生物功能化，有望大大拓展塑料制品的应用领域。研究内容以“人类唾液宏基因组聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）水解酶的降解和生物功能化的发现和遗传密码扩展”为题发表在《Angewandte Chemie International Edition》上。

【PET水解酶来源】

几十年来，PET 一直被用作食品包装塑料，可能会在人体消化系统中诱导水解酶的产生，从而降解 PET。为了验证这一假设，研究人员搜索了 MGnify，这是一个从不同环境来源收集的微生物组数据的公共数据库，其中包含超过 140,000 个人类样本和超过 45,000 个水生系统样本，其中约 75% 来自海洋系统。人体体液的高盐环境也有利于生产高度耐盐的 PET 水解酶，同时在与其原生环境相似的环境温度下保持活性。最后PC蛋蛋群谁有，筛选了来自海洋环境的 7 种 PET 水解酶和来自人类微生物组的 3 种 PET 水解酶，以进行进一步表征。尽管这些水解酶都具有相似的折叠结构，但每种酶的表面电荷（全局和局部）是不同的。表面电荷的差异会极大地影响它们的底物识别和催化作用。 MG1-MG7 和 MG9 酶含有一个整体酸性表面电荷，其中 MG1 和 MG3 含有酸性活性位点，而其余的海洋来源的候选酶具有更多的中性活性位点。 MG8 是一种来自人类唾液宏基因组的酶，预计其表面含有许多碱性残基，具有整体碱性等电点，但具有中性活性位点。 MG10来源于人体皮肤微生物组，酸性和碱性残基分布均匀，整体接近中性，活性位点呈中性。

图1.海洋和人类宏基因组学 PET 水解酶的工作流程和初步表征

【PET水解酶的表征】

研究人员选择大肠杆菌BL21（DE3）作为表达宿主，进一步克隆、表达、纯化和评估MG1-MG10酶的活性。首先，他们测试了它们对小分子底物对苯二甲酸酯的水解作用。二羧酸盐。(2-羟乙基)酯 (BHET)。MG1、MG7 和 MG8 在水解 BHET 中最活跃，并且在更高的 NaCl 浓度下表现出更高的活性。然而PC蛋蛋群吧，它们在 37°C 下的 BHET 水解活性BHET 最多是 IsPETase 的 27%，这表明虽然 BHET 水解可能是 PET 塑料降解的先决条件，但仅 PET 水解酶对小分子 BHET 的水解效率并不能很好地预测它们对 PET 的影响研究人员随后着手测试 PET 酶水解 PET 粉末的效率，在 37°C 时，MG8 降解 PET 粉末的效率是 IsPETase 的 3 倍。进一步优化了反应温度，当MG8在45-65℃水解PET粉体，TPA产量进一步提高5-7倍，MHET产量提高2倍。 MG8的最佳水解温度为55°C，该酶在其最佳条件下产生的TPA是IsPETase的83倍。 MG8降解PET的性能优于IsPETase。接下来，进一步将MG8的活性与其他工程化PETase变体进行比较，MG8仍表现出显着优势，应用温度更低加拿大28卡红，水解活性更高。此外，55°C 低于 PET 结晶区的温度。熔点。值得一提的是，迄今为止发现的所有PET水解酶都难以解聚高结晶PET，而MG8降解的PET粉末结晶度基本保持不变（~30%）。

【MG8降解PET的机理】

MG8的解链温度（Tm）为54°C，IsPETase的解链温度（Tm）为42°C。这表明MG8具有更高的耐热性。虽然预测 MG8 的整体 pI 为碱性（9.23)，但蛋白质表面仍存在的酸性氨基酸簇和水合盐离子可能有助于蛋白质水合和维持较高盐浓度 其折叠结构和高活性。MG8 的另一个特点是其扩展序列 RYD，所有其他 MG 酶以及其他已知的 PET 水解酶都不存在该序列。从 MG8 中删除 RYD 残基会降低其 PET 粉末降解活性。 RYD 残基对 IsPETase 的活性并没有增加 IsPETase 的活性，表明这种扩展序列只能在 MG8 中显示出优势。此外，纯化的 MG8 在天然条件下对 PET 粉末的水解活性优于重新折叠的 MG8唾液或可分解塑料，但后者产量更高，MG8易于变性和复性，同时保持良好的活性，有望实现规模化生产。

图2.人唾液宏基因组中的MG8 PET水解酶高效降解PET塑料

【PET水解酶的功能应用】

PET 具有柔韧性和可变形性，使其成为可穿戴传感器基板材料的重要候选材料。除了阐明PET水解酶的降解能力外，研究人员还验证了MG8作为PET表面功能化工具的可行性。在 MG8 介导的 PET 水解过程中，在 MG8 和 PET 之间形成了一个瞬时酰化酶中间体。该中间体通过用 2,3-二氨基丙酸 (DAP) 对 MG8 进行位点特异性取代而被稳定捕获。添加 DAP 的 MG8 通过酰胺键捕获 PET唾液或可分解塑料，从而使生成的酶-塑料复合物高度稳定。因此谁有加拿大28微信群，掺入 DAP 的 MG8 有望作为共价粘合剂与 PET 牢固结合，然后通过 MG8(DAP) 将蛋白质固定在 PET 上，无需对惰性塑料表面进行苛刻的化学处理。后续的加工技术将有助于拓展基于PET的生物传感器的实际应用。研究人员还验证了MG8（DAP）在聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚己内酯（PCL）、聚乳酸（PLA）等其他塑料上的应用前景。

图片3.MG8 中添加 DAP 可稳定粘附于 PET 塑料

【结论】

研究人员系统地探索了宏基因组数据，并从人类唾液宏基因组中鉴定出一种新型 PET 水解酶 MG8。它是第一个从人类宏基因组中鉴定的 PET 水解酶，在不同的温度和盐度条件下表现出强大的活性，并且在 PET 降解效率方面优于几种天然存在和工程化的 PET 水解酶。酶。通过将遗传密码扩展技术应用于MG8，研究人员成功地将PET水解酶转化为PET粘合剂，无需苛刻的条件和复杂的表面处理工艺，就可以将蛋白质载体直接共价连接到PET塑料上。表面惰性PET材料的功能化完成。这种生物工程粘合剂成为扩展塑料制品功能化的重要工具，极大地拓展了基于PET的柔性传感器在疾病检测等领域的传感应用。

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