PET降解酶取得新突破，塑料有望進(jìn)入生態(tài)循環(huán)

前言隨著世界各國對于減塑和禁塑措施的出臺，如何徹底將PET安全、環(huán)保地降解已成為眾多行業(yè)科研人員研究的主要課題。

塑料制品在給人類生活帶來便利的同時，引起白色污染，已經(jīng)為全球生態(tài)系帶來嚴(yán)重負(fù)擔(dān)。其中聚對苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）塑料占全球聚合物總量的18％，是白色污染的重要來源。PET性質(zhì)穩(wěn)定不易分解，被廣泛的作為包裝及容器使用。目前對PET廢棄物的處理方法有填埋、焚燒以及回收利用。 但即便將PET放置在濕度達(dá) 100％ 的環(huán)境下降解，也需要數(shù)百年，屬于“頑固性”難降解。

5月20日，《自然—催化》在線發(fā)表了湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、省部共建生物催化與酶工程國家重點(diǎn)實驗室教授郭瑞庭團(tuán)隊的最新成果，他們發(fā)現(xiàn)這種細(xì)菌在不到100年的時間內(nèi)進(jìn)化出這種特殊的酶，具備與眾不同的結(jié)構(gòu)，使其能夠降解體積較大的PET分子。基于此，科學(xué)家可以開發(fā)出多種新型PET降解酶。

圖丨相關(guān)論文（來源Nature Catalysis）

塑料性質(zhì)穩(wěn)定，一般認(rèn)為需要數(shù)百年時間才可能被自然分解。早在2016年，日本科學(xué)家在大阪近郊的PET回收處分離了一株能“吃”PET的細(xì)菌Ideonella sakaiensis。這株細(xì)菌分泌的能夠?qū)ET水解成小分子的酶被稱為IsPETase，分解后的小分子MHET與TPA可以被這種細(xì)菌吸收利用。

圖丨 PET 生物降解機(jī)制

郭瑞庭教授表示，IsPETase是目前為止唯一在自然界演化產(chǎn)生的真正意義上的PET降解。但是IsPETase并不是一個全新的酶，而是屬于一種古老的酶種——角質(zhì)酶。角質(zhì)酶原本是微生物用來分解植物角質(zhì)層的。研究發(fā)現(xiàn)，古老的角質(zhì)酶分解PET的活力非常低，但與角質(zhì)酶結(jié)構(gòu)非常相似的IsPETase卻能夠很好地水解PET。

PET水解酶的整體結(jié)構(gòu)

通過大量研究郭瑞庭教授發(fā)現(xiàn)，為了快速適應(yīng)生存環(huán)境中堆積的大量PET廢棄物，細(xì)菌在古老的角質(zhì)酶中導(dǎo)入突變，將之轉(zhuǎn)變成了一個有效的PET降解酶，用以分解PET作為能量的來源。微生物在短時間內(nèi)選擇了突變角質(zhì)酶來分解PET，顯示這可能是產(chǎn)生一個PET降解酶最快速有效的途徑。這些結(jié)果為大自然應(yīng)對并分解塑料的演化過程提出理論根據(jù)，也揭示了自然界在短時間演化出更多塑料降解酶機(jī)制的可能性。

附錄郭瑞庭教授介紹，湖北大學(xué)生命科學(xué)院教授，省部共建生物催化與酶工程國家重點(diǎn)實驗室結(jié)構(gòu)生物學(xué)中心負(fù)責(zé)人，國家萬人計劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、科技部中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、湖北百人計劃特聘專家、湖北楚天學(xué)者特聘教授、中科院百人計劃、863項目首席科學(xué)家、國家重大專項課題負(fù)責(zé)人。2006年在臺灣大學(xué)獲得生化科學(xué)博士學(xué)位，專注于酶蛋白晶體結(jié)構(gòu)解析、改造及應(yīng)用，獲天津市自然科學(xué)二等獎1項。目前共計發(fā)表超過百篇SCI文章，近五年在Nature Reviews Chemistry、Immunity、Nature Catalysis、Nature Communications、Angew． Chem． Intl． Ed．、JACS、ACS Catalysis等SCI期刊發(fā)表論文70篇，共26篇獲選為封面文章，申請國內(nèi)外專利31個，已授權(quán)23個。郭瑞庭教授主要研究方向（1） 探討病原微生物萜類合成酶結(jié)構(gòu)與功能以及藥物開發(fā)； （2） 纖維素酶及半纖維素酶的結(jié)構(gòu)功能分析以及理性設(shè)計； （3） 食品安全與環(huán)境保護(hù)相關(guān)酶等的酶學(xué)功能與結(jié)構(gòu)研究，以及理性設(shè)計； （4） 膜蛋白、P450酶的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用。