近期，我校生物工程学院白仲虎教授团队表面展示PETase突变体和MHETase在高效双酶级联催化降解PET塑料方面取得重要进展，研究成果“Bacterial surface display of PETase mutants and MHETase for an efficient dual-enzyme cascade catalysis”正式发表于Bioresource Technology (IF = 9.7) (https://doi.org/10.1016/j.biortech.2024.131177)。
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种重要的热塑性塑料，具有良好的机械性能、生产方便、无毒、无味、高耐气、耐水、耐油、耐酸碱、透明度高、成本低等优点。由于这些优点，PET被广泛应用于日常生活和生产领域。然而，制备用于降解PET的游离酶的成本很高，因此无法用于工业应用。使用微生物进行降解在塑料回收方面具有巨大潜力，由于PET几乎无法穿过细胞膜到达细胞内空间，因此酶分泌成为一个值得注意的研究领域。
白仲虎教授团队通过使用大肠杆菌和恶臭假单胞菌中的自动转运蛋白表面展示PETase突变体和MHETase来构建各种细胞催化剂。使用这些细胞催化剂设计了一种有效的双酶级联催化剂，用于高效降解PET塑料。首先，使用荧光蛋白eGFP和mCherry对表面展示系统进行筛选，来实现PETase突变体和MHETase的高效表面展示。然后，通过修饰宿主细胞、共表达分子伴侣和进化自转运蛋白YeeJ来提高限速酶的表面显示效率。在菌株EC9F中，PET降解率提高到3.85 mM/d，与游离酶和初始菌株ED1相比分别增加了51倍和23倍。为验证细胞催化剂EC9F的可重复使用性，在BHET降解循环利用22次和PET降解循环利用3次后，其仍能保留初始活度的38%和30%。为了构建高效的双酶级联催化体系，分别将表面展示MHETase酶活性最高的大肠杆菌EM2和恶臭假单胞菌PF5与表面展示FASTPETase酶的大肠杆菌EC9F的细胞催化剂混合，同时在催化体系中添加表面活性剂鼠李糖脂进行双酶级联催化，结果表明添加表面活性剂鼠李糖脂的双酶级联催化体系EC9F+EM2+R表现出4.95 mM/d(950 mg/L/d)的最佳PET降解率。这是迄今为止报道的最高PET降解率。本研究为生物方法中高效的双酶级联催化和回收PET塑料提供了广泛适用的策略。
刘春立副研究员为论文的通讯作者，我校2019级博士生薛凯为第一作者。上述研究得到了国家自然科学基金（32200092）和111计划(111-2-06)，国家重点研发计划（2023YFC3402400）等资助。
近年来白仲虎教授团队专注于合成生物学、生物医药和生物反应器领域的研究并取得丰硕成果，相关研究成果已发表在Nature Catalysis (2023)、Biotechnology and Bioengineering (2023)、ACS Synthetic Biology (2022、2023)等本领域权威期刊。
