一株嗜热聚对苯二甲酸乙二醇酯降解菌的分离及其降解特性解析北大核心

【目的】大量聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)塑料作为废弃物被丢弃,严重危害生态健康。针对嗜热PET降解菌缺乏这一情况,本研究旨在获得能够降解PET的嗜热菌,并阐述其降解机制。【方法】采集云南腾冲热泉中的废弃PET瓶,分析其表面生物膜的微生物群落多样性,从中筛选能够以PET为营养源生长的嗜热菌,并基于16S rRNA基因序列加以鉴定;以菌株的定殖能力与生长曲线为指标,优选出降解能力较强的降解菌,并测定其最适pH、温度和NaCl浓度;降解能力较强的降解菌分别作用于PET及PET中间体双(羟乙基)对苯二甲酸酯[bis(hydroxyethyl)terephthalate,BHET]和对苯二甲酸单(2-羟乙基)酯[mono(2-hydroxyethyl)terephthalate,MHET],测定产物生成量与降解率;通过观察PET膜表面微观结构、活菌数、酯酶活性等探究降解菌与PET的互作过程。【结果】废弃PET瓶表面生物膜中的微生物群落多样性低;从生物膜中筛选出5株能够以PET为营养源生长的嗜热菌;其中,菌株JQ3以PET为唯一碳源生长最佳,作为降解能力较强的降解菌,被鉴定为嗜热淀粉芽孢杆菌(Bacillus thermoamylovorans),其最适生长pH为7.0、最适生长温度为50℃、最适生长NaCl浓度为0.5%;菌株JQ3以0.043 mg PET/d的速率降解PET,对苯二甲酸(terephthalic acid,TPA)产量在第7天达到峰值45.2 mmol/L;菌株JQ3对PET中间体降解效率显著,6 h可降解85.9%的BHET,60 h可降解50.1%的MHET。菌株JQ3能够定殖于PET表面并形成生物膜,侵蚀PET并造成开裂和剥落。【结论】B.thermoamylovorans JQ3作为一株嗜热PET降解菌,能够高温(60℃)降解PET及其中间体,为实现PET的有效降解提供了新策略。     

降解石油基塑料的微生物及微生物菌群

伴随着环境污染的日益严重,处理"白色污染"成为人们面临的一个棘手难题,而各种合成塑料因为应用广泛且很难降解成为其"主要元凶"。利用自然界存在的或者是进化产生的微生物可降解合成塑料是一种环境友好型的策略。以国家自然科学基金国际(地区)合作和交流(中欧组织间合作研究NSFC-EU)项目"合成塑料降解转化微生物菌群"为基础,总结近年来筛选到的能够降解合成塑料,如聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride,PVC)、聚氨酯(Polyurethane,PUR)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate,PET)的纯细菌、纯真菌及微生物菌群的研究状况,分析了各种微生物在石油基塑料降解中的作用,讨论了微生物及其降解酶对合成塑料降解研究的优缺点。     

一株降解PET单体对苯二甲酸的施氏假单胞菌的筛选和基因组分析

[目的]筛选和鉴定能够降解聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)单体的微生物,并分析代谢途径.[方法]从青岛小涧西固体废弃物综合处置厂采集样品,以PET单体对苯二甲酸为唯一碳源筛选获得能够代谢对苯二甲酸的菌株TPA3;16S rRNA序列分析确定TPA3菌株的分类地位;采用二代和三代高通量测序技术进行基因组de novo测序和...     

来源于糖丝菌双(2-羟乙基)对苯二甲酸酯水解酶的酶学性质表征及降解特性分析

聚对苯二甲酸乙二醇酯[poly(ethylene terephthalate),PET]降解酶的发掘是国内外研究的热点。双(2-羟乙基)对苯二甲酸酯[bis-(2-hydroxyethyl)terephthalic acid,BHET]是PET降解过程的一种中间化合物,会与PET竞争酶的底物结合位点,从而抑制PET进一步降解。因此,探寻新型BHET降解酶,对进一步提高PET的降解效率具有促进作用。本研究通过基因挖掘发现了一种来源于浅黄糖丝菌(Saccharothrix luteola)参与PET降解过程的水解酶基因sle(ID:CP064192.1,5085270–5086049),其编码的蛋白质可以将BHET水解为单(2-羟乙基)对苯二甲酸酯[mono-(2-hydroxyethyl)terephthalate,MHET]和对苯二甲酸(terephthalic acid,TPA)。将BHET水解酶(Sle)通过重组质粒在大肠杆菌(Escherichia coli)中异源表达,结果表明,在异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(isopropyl-β-D-thiogalactoside,IPTG)诱导终浓度为0.4 mmol/L,诱导时长为12 h,诱导温度为20℃时蛋白的表达量最高。通过镍亲和层析、阴离子交换层析和凝胶过滤层析3步分离纯化,获得了高纯度的Sle重组蛋白;同时对其酶学性质进行了表征,Sle最适温度和pH分别为35℃和8.0,在25–35℃和pH 7.0–9.0区间内能保持80%以上的残余酶活,且金属离子Co^(2+)能提高酶活力;进一步通过同源序列及Sle复合物结构分析得知,该酶属于二烯酸内酯水解酶(dienelactone hydrolase,DLH)家族,具备该家族典型的催化三联体,预测其催化位点分别为S129、D175和H207,并初步分析了其催化机理。最后,利用高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC)鉴定了该酶能够特异性降解BHET生成MHET和TPA,属于BHET降解酶。本研究为生物酶法高效降解PET塑料提供了新的酶资源。     

聚对苯二甲酸乙二醇酯水解酶研究进展

塑料自20世纪首次合成以来给人类生活带来了极大的便利。然而,塑料稳定的高分子结构导致了塑料废弃物的持续堆积,对生态环境和人类健康均造成严重威胁。聚对苯二甲酸乙二醇酯[poly(ethylene terephthalate),PET]是产量最高的一种聚酯类塑料,近年来PET水解酶的相关研究展现出生物酶法对塑料进行降解、回收的巨大潜力,也为塑料生物降解机制研究建立了参考范例。本文综述了不同微生物来源的PET水解酶及其PET降解能力,阐述了最具代表性的PET水解酶—IsPETase降解PET的催化机理,并总结了近年来通过酶工程改造而获得的高效降解酶,为未来的PET降解机制研究、PET高效降解酶的进一步挖掘和改造提供参考。     

评论：塑料结合模块促进聚对苯二甲酸乙二醇酯的酶法降解

塑料的大量生产和无节制的使用已造成严重的环境污染。为了减少塑料废物对环境的影响,近年来塑料酶法降解已成为国内外研究者关注的热点。例如,通过蛋白质工程策略提高塑料降解酶催化活性和热稳定性,进一步提高酶法降解的效率。另外,通过融合酶策略将塑料结合模块与塑料降解酶融合,也可以促进塑料降解。近期发表在期刊Chem Catalysis的一项研究表明,采用碳水化合物结合模块融合策略可以在低浓度(<10 wt%)的底物聚对苯二甲酸乙二醇酯[poly(ethylene terephthalate),PET]中提高塑料降解酶的活性。但是在高浓度底物(10 wt%−20 wt%)中,该策略无法提高PET的酶法降解。该项研究对于采用塑料结合模块促进酶法降解塑料具有重要的指导意义。     

石油基塑料的微生物降解

石油基塑料种类繁多、数量巨大、应用广泛,常见的有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氨酯(PUR)等。这些合成塑料因其高分子量、高疏水性及高化学键能的特点难以被微生物降解,从而在环境中长期存在和累积,"白色污染"已经成为一个全球性问题。因此安全经济的微生物降解合成塑料是人类面临的一个选择和难题。文中从微生物资源及相关酶学研究方面综述了聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚氯乙烯这6种石油基塑料的生物降解的研究现状。目前关于上述6种石油基塑料的微生物降解研究依然大多停留在微生物资源的寻找中,已发现的具备相关能力的菌株种类较少,并且微生物降解效率均非常缓慢;对于其降解机理及关键基因和酶的研究比较少。文中为进一步开展塑料生物降解研究,寻找高效的塑料降解菌株资源以及进一步在遗传、分子和生化水平研究塑料生物降解机理研究,从而最终实现合成塑料的彻底降解和高值化利用提供了借鉴。     

来源于海洋宏基因组塑料降解酶Ple629的耐热性提升改造

石化来源的聚酯类塑料如聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)以及聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(polybutylene adipate terephthalate,PBAT)等已被广泛使用,但由于它们在自然界中难以降解或生物降解周期较长导致了严重的环境污染,因此对这些塑料废弃物的处理是亟待解决的问题之一。从循环经济的角度考虑,利用生物酶法对聚酯类塑料如PET或PBAT等的废弃物进行解聚,再将解聚产物进行循环利用,是一个很有潜力的研究方向。探究近年来关于聚酯塑料降解酶的报道发现,高活性且耐高温的降解酶会有更大的潜在优势。来自海洋微生物宏基因组的中温塑料降解酶Ple629,在常温下对聚酯类塑料PET和PBAT均有较好的降解活力,但由于不耐受高温,限制了其潜在应用。在前期获得Ple629三维结构的基础上,本研究基于结构比对及能量设计,找到了一些潜在提升其热稳定性的位点进行改造设计,并对突变体进行了表达纯化和热稳定性测定。突变体V80C和D226C/S281C的熔点温度(Tm)值分别提升了5.2℃和6.9℃,突变体D226C/S281C的活性也比野生型酶提高了1.5倍,为后续对Ple629的进一步改造提供了思路和依据。     

聚对苯二甲酸乙二醇酯降解酶的研究进展

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。     

来源于嗜热氢化杆菌的新型对苯二甲酸双(羟乙)酯水解酶的表达纯化与酶学性质

石化来源的聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)被广泛用于矿泉水瓶、食品包装和纺织品等领域,因其在自然界中不易分解,大量使用后的PET废弃物造成了严重的环境污染与资源浪费。使用生物酶法对PET废弃物进行解聚,并对解聚产物进行升级循环利用是进行塑料污染治理的重要方向之一,其中关键的是PET水解酶的解聚效率。对苯二甲酸双(羟乙基)酯(bis(hydroxyethyl)terephthalate,BHET)是PET生物酶解的中间产物,其累积是限制PET水解酶催化效率的一个重要因素,BHET水解酶和PET水解酶的联用能提升PET的整体水解效率。来源于嗜热氢化杆菌(Hydrogenobacter thermophilus)的双烯内酯酶(HtBHETase)对BHET有显著水解效果,将该酶在大肠杆菌(Escherichia coli)中进行重组表达并纯化后,对其酶学性质进行了研究。结果显示,HtBHETase对短碳链的酯类如对硝基苯酚乙酸酯催化活性较高,HtBHETase以BHET为底物时的最适反应pH值和最适反应温度分别为5.0和55℃;该酶有较好的热稳定性,经80℃的条件处理1 h仍能保持80%以上活性,显示出了良好的热稳定性,HtBHETase有在PET塑料生物解聚中使用的潜力,本研究为推动生物酶法降解PET提供了新的参考。