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生命学院生物信息学团队在环境与生态学领域大类1区TOP期刊发表研究论文
文:汤丽霞 图:汤丽霞 来源:生命学院 时间:2024-06-24 1075

  近日,电子科技大学生命学院生物信息学团队在环境与生态学领域大类1区TOP期刊Journal of Hazardous Materials发表了题为:“Optimization of polyethylene terephthalate biodegradation using a self-assembled multi-enzyme cascade strategy”的研究论文。论文第一作者为生命学院2021级博士研究生阿尔里主,通讯作者为生命学院汤丽霞教授,电子科技大学为论文第一作者单位和唯一通讯作者单位。

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  该研究开发并验证了一种多酶级联系统(PT-EC),通过将三种高效的PET水解酶(PETaseEHA、Fast-PETase和Z1-PETase)分别与羧酸酯酶TfCa和疏水结合模块CBM3a组装形成酶级联,显著提高了PET的降解效率。PT-ECEHA的产物释放量比单独PETaseEHA增加了16.5倍。此外,通过引入表面展示系统和酶工程改造,进一步提高了PET薄膜的降解效率,与表面展示的PETaseEHA相比,降解效率提高了20倍,为PET塑料的生物降解提供了一种高效、环境友好的新途径。

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  多酶复合物在40°C条件下对PET瓶衍生粉末(结晶度12.5%)进行48小时降解后,PT-ECEHA释放的产物量为2.79±0.36 mM,比单独的PETaseEHA提高了16.5倍;PT-ECFPE释放的产物量为3.16±0.15 mM,是Fast-PETase单独的6.6倍;而PT-ECZPE释放的产物量最高,达到4.3±0.1 mM,比Z1-PETase单独提高了3.4倍(图1)。

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图1. 多酶复合物的构建和功能验证

  在40°C条件下,PT-ECs对PET瓶衍生粉末(结晶度12.5%)和商业PET粉末(结晶度48.1%)的降解效率显著高于单独的PETase,其中PT-ECZPE显示出最高的活性。其产物释放量为61.63 ± 0.19 mM,对应于1.47 ± 0.02克的重量损失,这一结果在10天的降解周期后获得。相比之下,单独的Z1-PETase在同一条件下的产品释放量为41.84 ± 1.6 mM,重量损失为1.05 ± 0.04克(图2)。

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图2. PT-EC在40°C下对不同PET材质的降解能力

  通过Lpp-ompA杂交和生物共价结合Spy-catcher/Spy-tag技术实现了PT-EC的表面展示。在40°C条件下,表面展示的PT-ECEHA在降解PET薄膜(结晶度5.67%)时,产品释放量在5天内线性增加,一周后达到4.3±0.02 mM,是表面展示的PETaseEHA单独活性的20倍。此外,表面展示的PT-ECEHA在有机溶剂存在下表现出更好的耐受性(图3)。最后,研究人员通过对TfCa活性中心周围66个氨基酸进行单点饱和突变,结合分子对接筛选,获得了TfCaI69W/L281Y突变体,该突变体在MHET降解中表现出3.5倍的活性提升。在PET薄膜降解的全细胞生物催化系统中,使用TfCaI69W/L281Y突变体代替野生型TfCa后,24小时降解PET膜后的产物释放量比野生型TfCa组装的系统提高了2.5倍。

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图3. PT-EC表面展示系统的构建和功能验证

编辑:刘瑶  / 审核:李果  / 发布:陈伟