广东
近日，山东大学微生物改造技术全国重点实验室祁庆生教授团队在国际期刊Chemical Engineering Journal在线发表了题为“Improving the Substrate Binding Pocket Flexibility of Leaf-Branch Compost Cutinase for Efficient and Complete Degradation of Commercial PBAT Plastic”的研究成果，为PBAT塑料废弃物的生物降解与回收提供了一种全新的高活性催化剂。本研究由山东大学微生物改造技术全国重点实验室教授祁庆生、副研究员苏田源共同指导完成。重点实验室博士研究生韩远飞为论文第一作者。山东大学为本研究的第一完成单位和通讯作者单位。
聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）作为一种生物可降解塑料，是传统不可降解塑料的主流替代品，尤其是替代聚乙烯和聚氯乙烯农用地膜。PBAT塑料具备优良的延展性和热稳定性，已经被广泛应用于生产农用地膜，具备可生物降解的显著优势，对农业的可持续发展具有重要意义。然而，PBAT在自然环境中降解不完全易形成微塑料，同时其降解的中间产物对苯二甲酸（TPA）具有一定的生物毒性，在环境中积累将对生态系统带来潜在威胁。更重要的是合成PBAT的原料主要来源于不可再生的石化资源，大量丢弃到环境中会严重加剧碳排放。为了应对这些挑战，国内外学者开始积极研究设计高效的PBAT降解酶。
底物结合口袋工程提升塑料降解酶的PBAT降解活性
PBAT分子内含有脂肪族和芳香族两种不同的酯键结构，因此，开发一种能同时高效降解这两种酯键结构的塑料水解酶是高效回收PBAT塑料废弃物的关键。此前，本团队开发出一种降解PET塑料的高效降解酶LCC-A2（ACS Catalysis, 2024），能够在3.3小时内降解超过90%的消费后PET塑料废弃物。在本研究中，通过增强LCC-A2底物结合口袋关键loop区的柔性，提高对于PBAT底物的适配性，获得了突变体LCC-M1。该突变体对PBAT的两种酯键均展现出卓越的降解能力，能够在4h内彻底降解未经任何预处理的商品化PBAT薄膜，在3h内完全降解商品化的PBAT/PLA共混塑料袋，且超过99%的降解产物为最终降解产物，LCC-M1是目前报道的最高效PBAT降解酶。本研究开发的塑料降解酶底物结合口袋改造策略与所获得的PBAT降解酶突变体，对解决日益严重的塑料污染问题具有重要意义。
该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省泰山学者青年专家项目、SKLMT前沿与挑战项目、山东省自然科学基金等基金的资助。
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