通过细菌酶可视化PET的降解

PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)的刚性、透明度和硬度使其成为制造塑料瓶、包装和其他一次性产品的最有价值的塑料之一。然而，这些特性使其在环境中具有高度持久性，以至于一个塑料 PET 瓶可能需要数百年才能在海洋中降解。

在分子水平上，PET 和所有塑料都具有聚合结构，该结构由数万个重复的称为单体的小亚基组成。在过去的几十年里，一种叫做聚酯水解酶(或 PETases)的细菌酶对 PET 的降解被寄予厚望，因为它被认为是一种潜在的回收塑料废物和回收原始单体的环保方法，从而实现有效的循环材料经济循环。现在，由海洋科学研究院(ICM-CSIC) 和莱比锡大学(德国)领导的一项新研究揭示了这些酶在分子水平上降解 PET 过程的细节。

“我们的工作成果对这个行业非常有用，因为这是我们第一次能够‘看到’这个过程的动态影像。此外，他们为设计能够将塑料分解成它的新酶铺平了道路。具有高效率的原始可溶性成分”，该研究的主要作者Francesco Colizzi解释道。

从她的角度来看，Ania Di Pede-Mattatelli是该作品的合著者之一，她补充说：“这些酶还可以用于处理最终进入污水处理厂的微绒纺织品洗涤过程中产生的 PET 微塑料，从而有助于保护海洋环境”。

实验和 3D 模拟

为了在原子水平上揭示 PET 生物催化降解的内在机制，最近发表在ACS Catalysis杂志上的这项工作的作者设计了一种玻璃基质，可以稳定酶促反应中间体，并允许通过特定实验实时检测它们磁共振波谱。然后，使用超级计算机上的分子计算，他们能够解释光谱数据并生成 PET 降解酶促过程的详细 3D 分子模型。

到目前为止，PET 如何与这些酶结合并相互作用一直是深入研究的主题，并提出了有争议的假设。例如，大部分 PET 与酶同时结合被认为是酶将塑料聚合物分解成其原始成分所必需的。相反，这项工作表明仅 2 个 PET 亚基的相互作用就足以使酶切割聚合物。最后，该研究表明，这种酶可以在 PET 链上“行走”或滑动，从一个切口移动到另一个切口。

“了解 PET 如何与酶相互作用对于指导设计新的改进回收系统非常重要。最后，大自然本身为我们提供了减少塑料污染的起始材料，但我们必须适当地使用它们”，Colizzi在这方面总结道。

ICM-CSIC 的研究人员目前正在扩展这项工作，以通过西班牙研究机构 (AEI) 资助的项目研究海洋细菌酶对 PET 的降解。这一系列研究的总体目标是指导用于生物技术应用的高效酶变体的设计，最终为塑料垃圾赋予价值。这将与 ICM-CSIC 已经建立的跨学科团队协同完成，以了解和减轻海洋中的塑料污染。