工程酶助力解决地球塑料问题
来自曼彻斯特生物技术研究所（MIB）的研究人员开发了一种新的酶工程平台，通过定向演化改善塑料降解酶。
为展示他们平台的效用，他们已经研发了一种能够成功降解聚对苯二甲酸乙二酯（PET）的酶，这种塑料常用于塑料瓶。近年来，酶降解塑料在环保策略中崭露头角，成为一种有吸引力的环保策略，有助于减轻与塑料废物相关的问题。虽然存在许多回收塑料的方法，但酶可能提供更具成本效益和能源效率的替代方案。此外，它们可以用于选择性地降解目前难以利用现有技术回收的混合塑料废物流中的特定成分。
虽然作为一种技术很有前景，但需要克服许多困难，才能让酶降解塑料回收在商业规模上得到广泛应用。例如，其中一个挑战是具有降解塑料能力的天然酶通常在需要工业规模过程的条件下效果较差且不稳定。
为了解决这些限制，在一份今天发布的《自然催化》杂志的论文中，来自曼彻斯特大学的研究人员报告了一个新的酶工程平台，可以快速改进塑料降解酶的性能，以帮助使它们更适合在大规模塑料回收中使用。他们的集成和自动化平台可以成功评估每天约1000种酶变种的塑料降解能力。
主持MIB实验工作的Elizabeth Bell博士对该平台表示：“环境中塑料的积累是一个重大全球挑战。因此，我们热衷于利用我们的酶演化能力来增强塑料降解酶的性能，帮助缓解其中一些问题。我们希望将来我们的可扩展平台能让我们快速开发出适用于大规模塑料回收过程的新型特定酶。”为了测试他们的平台，他们接着开发了一种新的酶HotPETase，通过对Is PETase 进行定向演化而成。Is PETase是由细菌Ideonella sakaiensis最近发现的酶，能够利用PET作为碳和能源来源。
尽管Is PETase具有降解一些半结晶形式PET的天然能力，但这种酶在40℃以上具有不稳定性，远低于理想工艺条件。这种低稳定性意味着必须在PET的玻璃转变温度以下（约65℃）的温度下进行反应，从而导致低降聚速率。为了解决这一限制，团队开发了一种热稳定酶HotPETase，这种酶在70℃时活性，高于PET的玻璃转变温度。该酶能够比以前报道的酶更快地降解半结晶PET，并能选择性地解构层压包装材料中的PET部分，突显了酶降解再生能够实现的选择性。
有机化学讲师Anthony Green教授表示：“HotPETase的开发很好地展示了我们酶工程平台的能力。我们现在很高兴与工艺工程师和聚合物科学家合作测试我们的酶在实际应用中的效果。
展望未来，我们希望我们的平台能够为开发更高效、稳定和选择性的酶回收各种塑料材料提供有用帮助。”坚固的塑料降解酶如HotPETase的开发，以及多功能酶工程平台的可用性，对于发展生物技术解决塑料废弃物挑战做出重要贡献。进一步推进这一有前景的技术需要跨学科的合作和多方面的努力，涉及来自学术界和工业界的生物技术专家、工艺工程师和聚合物科学家。面临不断增长的废物问题，生物技术可能提供一种环境可持续的解决方案。生物技术是曼彻斯特大学的研究焦点之一，是跨学科合作和跨部门合作的典范，可以带来开拓性发现，改善全球人民的生活。参与阅读文章：manchester.ac.uk/biotechnology-research”
