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  聚對苯二甲酸乙二醇酯 (Polyethylene terephthalate，PET) 是一種在服裝、包裝、醫藥等領域廣泛應用的塑料。然而PET產品因其極強的化學、物理穩定性，使得它至少數百年才能在自然界中自發降解，這對全球生態安全和人類健康帶來了巨大威脅。近日，天津大學生命科學學院王澤方教授團隊設計并構建了一種工程化的酵母全細胞生物催化劑，將PETase作為降解模塊、疏水蛋白HFBI作為吸附模塊共同展示在酵母細胞表面，創新性地在酵母細胞表面實現了吸附和降解這兩個步驟的有機統一。相關工作以《Biodegradation of Highly Crystallized Poly(ethylene terephthalate) Through Cell Surface Codisplay of Bacterial PETase and Hydrophobin》為題，于2022年11月21日發表在Nature Communications上。此研究是該課題組近兩年內在生態安全領域（PNAS, 2021, 33876762; PNAS, 2021, 34620712；Nature Communications, 2022, 35338130）的又一重要進展。

  廢棄的PET應該怎么回收處理呢？傳統的物理、化學方法已經被廣泛應用于工業生產，近幾年“吃PET”的酶的相關研究為PET降解開拓了一種綠色道路，它能將PET分解為可重新利用的工業原料，而且同時具備傳統物理法工藝簡單和化學法閉環降解等優點。但是目前利用“吃PET”的酶催化降解低結晶度的PET雖然已經取得了長足進展，有些催化酶的應用甚至已經到達半工業化水平，然而對于高結晶度的PET（用來制作可樂瓶、礦泉水瓶等食品級容器），一直是這些降解酶“消化系統”的短板，降解能力十分有限。天津大學生命科學學院王澤方教授團隊通過將吸附模塊HFBI及降解模塊PETase共展示在酵母細胞表面，構建全細胞催化系統，以解決現存“消化系統”的短板問題，在疏水性的PET界面充分發揮降解酶PETase“消化系統”對高結晶度PET的消化功能，以實現對hcPET的高效降解。

1、酵母全細胞生物催化系統的構建

圖1. 酵母全細胞生物催化系統。（a）吸附模塊疏水蛋白HFBI和降解模塊PETase結構圖；（b）共展示系統示意圖；（c）HFBI和PETase通過表面共展示技術固定到畢赤酵母細胞表面在100 ns的分子動力學模擬示意圖；（d）不同誘導時間下展示在酵母細胞表面的HFBI和PETase免疫熒光圖。

2、疏水蛋白HFBI通過增加酵母細胞表面疏水性增加共展示細胞在PET表面的吸附

圖2. 檢測共展示細胞表面疏水性。（a）MATH實驗示意圖；（b-c）誘導不同時間的共展示細胞MATH實驗結果；（d-e）接觸角實驗測量結果；（f-g）不同條件下共展示細胞及對照樣品在hcPET表面的吸附。

3、酵母全細胞生物催化系統具有高效降解活性

圖3. 酵母全細胞生物催化系統能夠高效降解hcPET。（a）溫度；（b）pH；（c）蛋白質濃度對PET水解的影響；（d）最佳反應條件下共展示細胞和野生型PETase以PET為底物的轉化率；（e）商用hcPET薄膜與PETase和共展示細胞孵育前后的SEM圖像；（f）最佳反應條件下共展示細胞、單展示PETase細胞及野生型PETase長時間降解hcPET相對降解率。

4、酵母全細胞生物催化系統具有穩定性

圖4. 酵母全細胞生物催化系統降解hcPET具有穩定性。（a）熱穩定性；（b）循環使用性；（c）化學試劑對共展示系統的影響；（d）凍干對共展示系統的影響。

5、酵母全細胞生物催化系統降解hcPET的分子機制

圖5. 全細胞催化系統水解hcPET示意圖。

  文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34908-z