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通过碳水化合物结合模块增强LCC-ICCG的pet降解效率

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生物工程学报 2024年

作者：姚佳鑫江雅儒郝梦瑶梁梦想顾正华张梁郭忠鹏江南大学粮食发酵与食品生物制造国家工程研究中心江苏集萃未来食品技术研究所有限公司南京师范大学食品与制药工程学院

聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate， pet）是全球产量最大的聚酯之一，但由于其废弃量大且难降解，对环境造成了污染。酶解法处理pet是目前的研究热点。相关研究表明，碳水化合物结合模块（carbohydrate binding modul... 详细信息

聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate， pet）是全球产量最大的聚酯之一，但由于其废弃量大且难降解，对环境造成了污染。酶解法处理pet是目前的研究热点。相关研究表明，碳水化合物结合模块（carbohydrate binding module， CBM）的加入可以增加酶与底物之间的亲和力，提高酶的降解能力。为了开发更为高效的pet水解酶。本研究在pet降解酶LCC-ICCG中引入来源于不同家族具有不同底物亲和力的碳水化合物结合结构域（CBM），并以高结晶度pet粉末和无定型pet膜为底物，对改造后酶的降解效率进行了表征，以探寻降解能力最优的酶。实验结果表明，融合了B型CBM后降低了酶对pet的降解率和Tm值，而引入A、C型CBM后，酶对膜状底物的降解率得到了显著提高，pet的降解速率和Tm值也得到了提升，尤其是融合酶LCC-ICCG-CBM9-2对膜状pet底物的降解率对比原始酶LCC-ICCG提高了10倍以上。因此，本研究表明，通过引入A、C两型CBM的方式，可以提高LCC-ICCG对膜状pet降解率和热稳定性，改善其活性低的问题，从而更有效地降解pet。本研究可为塑料降解提供技术支持，有利于推进环保事业。

关键词：聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet) 生物降解 pet降解酶 LCC-ICCG 碳水化合物结合模块(CBM)

pet塑料废弃物及微塑料生物降解与转化的研究现状与展望

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生物加工过程 2022年第2期20卷 226-234页

作者：刘欣悦崔颖璐中国科学院微生物研究所微生物资源前期开发国家重点实验室生理与代谢工程重点实验室北京100101 中国科学技术大学生命科学学院安徽合肥230026

塑料工业的发展在给人类社会带来方便的同时,也导致大量的废旧塑料垃圾不断产生,给全球生态系统带来了严重的负担。我国是塑料生产和消费大国,在塑料的研究和治理等方面都面临空前的国际舆论压力,近年来,我国相继推出一系列限塑禁塑政策... 详细信息

塑料工业的发展在给人类社会带来方便的同时,也导致大量的废旧塑料垃圾不断产生,给全球生态系统带来了严重的负担。我国是塑料生产和消费大国,在塑料的研究和治理等方面都面临空前的国际舆论压力,近年来,我国相继推出一系列限塑禁塑政策,发展高效塑料降解策略已成为生态、环境、能源等领域发展的迫切需求。聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)是应用最广泛的合成聚酯之一,通过生物酶法对其回收是一种绿色理想的处理方法,为解决pet废弃污染提供新契机。近年来,不同来源的pet水解酶可分为来自嗜热微生物(放线菌和真菌)的嗜热降解酶和来自中温细菌的温和降解酶。这2种在不同温度下发挥高效pet降解能力的酶对于pet废弃塑料处理有着不同的优势。本文主要对可回收pet废物以及无法有效回收的微塑料的生物降解的研究现状进行梳理总结,重点阐述了pet降解酶设计改造策略和应用前景,以期为开发高效pet降解酶提供参考依据,为资源可持续发展和环境治理等重大问题提供资源储备。

关键词：聚对苯二甲酸乙二醇酯 pet降解酶生物降解设计改造限塑生物循环经济

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新型微塑料降解酶的微生物合成及性能研究

新型微塑料降解酶的微生物合成及性能研究

作者：杜灿大连海洋大学

学位级别：硕士

微塑料的污染日益严重,解决方式之一是对塑料进行生物降解,能节约资源,缓解塑料带来的环境威胁。聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)是一种产量巨大的石油基塑料,常常被用作包装材料或者纺织品,回收利用率不高,被随意丢弃在环境中,造成资源的浪... 详细信息

微塑料的污染日益严重,解决方式之一是对塑料进行生物降解,能节约资源,缓解塑料带来的环境威胁。聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)是一种产量巨大的石油基塑料,常常被用作包装材料或者纺织品,回收利用率不高,被随意丢弃在环境中,造成资源的浪费且污染环境。提高pet的生物降解效率,回收得到pet的单体,能实现pet的循环利用,缓解资源匮乏现状,减轻环境压力。本文以目前pet降解效率最高的角质酶ICCG为研究对象,建立了pet降解产物对苯二甲酸(PTA)的高效液相色谱检验方法,构建了全新的表达ICCG的基因工程菌,优化了工程菌的自诱导培养基,对ICCG的酶学性质进行了探究,得出的结果如下:(1)在对pet降解产物对苯二甲酸(PTA)建立离子抑制色谱检测方法,其优化后色谱条件为:乙腈-水=13%-87%(v:v);乙酸调节流动相p H=3.00;流速:1.0 m L/min;进样体积:5μL;检测波长:242 nm;温度:室温。(2)利用基因工程技术,构建了新的基因工程菌*** BL21-p ET22b-ICCG,能正常表达具有活性的pet降解酶ICCG,且该工程菌不适合利用IPTG诱导的LB培养基、适合乳糖诱导的自诱导培养基。(3)利用单因素和曲面响应实验优化ZYM自诱导培养基的主要碳源成分(葡萄糖、甘油、乳糖),响应面优化结果为:葡萄糖1.75g/L、甘油11.5g/L、乳糖7.51g/L时,该浓度下重组大肠杆菌上清液活性比原始ZYM自诱导培养基培养提高了约56.53%。(4)对ICCG的酶学性质进行研究,其温度活性范围为40℃-90℃,最佳反应温度是72℃。最佳反应p H是8.00,p H低于5时几乎不反应,反应条件偏碱性。在50m L反应体系,ICCG浓度一定时,底物pet添加量为0.1g时具有较高的降解效率和pet降解率(ICCG浓度为0.46mg/L,pet完全降解率为5.36%)。考察7种金属离子(Ca、Mn、Mg、Fe、Co、Cu、Zn)对ICCG催化活性的影响时,发现5m M的Ca有助于ICCG的催化作用,高浓度的Mn、Mg、Co、Cu可能对ICCG活性有激活作用,微量的Fe可能对ICCG活性有激活作用,Zn对ICCG催化活性整体呈抑制作用。有机试剂(甲醇、乙醇、乙腈)对ICCG催化活性影响整体较小,5%-10%的甲醇和5%的乙醇对ICCG的活性有激活作用,但整体上乙腈对ICCG活性有微弱抑制,可能存在某乙腈浓度对ICCG活性有激活作用。表面活性剂甘油在5%-10%下对ICCG活性有一定程度的激活作用,蛋白变形剂脲整体上对ICCG活性有不同程度的抑制,EDTA在5m M时对ICCG有明显的激活作用。此外,ICCG具有较高的热稳定性,在最适温度下孵育,其活性整体高于未孵育状态(低温保存),并且孵育20h后,ICCG活性仍保持较高状态。综上,本文建立了对苯二甲酸的检验方法,可为后续表征pet降解效率提供参考;构建了新的ICCG基因工程菌,优化了工程菌的发酵培养基,可为ICCG的量化生产提供帮助;对ICCG的酶学性质进行了详细探究,可为未来优化pet降解效率提供一定的理论支持。

关键词：微塑料对苯二甲酸离子抑制色谱法 pet降解酶

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聚对苯二甲酸乙二醇酯降解酶的研究进展

微生物学报 2019年第12期59卷 2251-2262页

作者：李秀杨海涛王泽方天津大学生命科学学院

聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate,pet)因其良好的耐用性和可塑性,已在世界范围内的工业领域和日常生活中得到广泛应用。目前自然环境中大量pet使用废弃物的积累和迁移给全球生态系统带来了严重负担,因此pet的降解问题... 详细信息

聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate,pet)因其良好的耐用性和可塑性,已在世界范围内的工业领域和日常生活中得到广泛应用。目前自然环境中大量pet使用废弃物的积累和迁移给全球生态系统带来了严重负担,因此pet的降解问题已成为全球性的热点问题。微生物酶降解法目前被认为是一种理想绿色pet降解方法,有希望应用于大规模降解pet废弃物降解处理。传统的pet降解酶主要包括脂肪酶、酯酶和角质酶等,但这些酶的pet降解活性相对不高。近期科学家从Ideonella sakaiensis细菌中分离了一种新型水解酶petase,能够特异性高效降解pet。本文从结构生物学角度对多种pet降解酶进行梳理,重点总结了新近发现的petase催化机制,为发展改造更有效的pet降解酶提供理论依据。

关键词：聚对苯二甲酸乙二醇酯 pet降解酶结构研究降解机制

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