6月7日消息，泰国VISTEC科学技术研究所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，有望极大地扩展塑料产品的应用领域。

 

研究内容以Discovery and Genetic Code Expansion of a Polyethylene Terephthalate (PET) Hydrolase from the Human Saliva Metagenome for the Degradation and Bio-Functionalization of PET为题发表在《Angewandte Chemie International Edition》上。

 

 

早在2005年就有研究人员发现能够降解PET的酶，PET水解酶一般都是从微生物菌落中分离得到，但能够承受高温高盐环境且耐受pH的高活性PET水解酶仍然罕见。

 

人体体液的高盐环境有利于产生高耐盐性的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。该团队最终筛选出了7个来自海洋环境和3个来自人类微生物组的PET水解酶进行进一步的表征分析。

 

MG8是一种来自人类唾液宏基因组的酶，预计表面含有许多碱性残基，整体等电点呈碱性，但其活性位点是中性的。MG8的熔化温度(Tm)为54℃，IsPETase的熔化温度(Tm)为42℃。这表明MG8具有更高的耐热性。虽然预测MG8的总体pI为碱性 (9.23)，但蛋白质表面仍存在着的酸性氨基酸簇以及水合盐离子可能有助于蛋白质水合并在较高盐浓度下维持其折叠结构和高活性。

 

MG8的另一个特征在于其扩展序列RYD，所有其他MG酶以及其他已知的PET水解酶都不存在此序列。从MG8中删除RYD残留物使其PET粉末降解活性降低了5-30倍。而向IsPETase中添加RYD残基并没有提高IsPETase的活性，这表明该扩展序列仅能在MG8中表现出优势。

 

人唾液宏基因组中的MG8 PET水解酶高效降解PET塑料

 

此外，在非变性条件下纯化的MG8对PET粉末的水解活性比再折叠的MG8更好，但后者可以以更高的产率生产。MG8易于变性和重新折叠，同时能够保持良好的活性，有望进行大规模生产。

 

PET具有柔韧性和可变形性，是可穿戴传感器基板材料的重要候选者。除了明确PET水解酶的降解能力以外，研究人员还验证了MG8用作PET表面功能化工具的可行性。

 

在MG8介导的PET水解过程中，MG8和PET之间会形成一个短暂的酰基酶中间体。使用2,3-二氨基丙酸 (DAP)对MG8进行位点特异性替换，可以稳定捕获这种中间体。加入DAP的MG8通过酰胺键捕获PET，从而使所得的酶-塑料复合物高度稳定。

 

 向MG8中加入DAP使其能够稳定地附着在PET塑料上

 

因此，掺入DAP的MG8有望作为共价粘合剂与PET牢固结合，进而通过MG8(DAP) 将蛋白质固定在PET上，这种方式不需要对惰性塑料表面进行苛刻的化学处理，就可以满足后续的加工工艺，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）在其他脂肪族聚酯如聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚己内酯（PCL）、和聚乳酸 (PLA)等塑料上的应用前景。