聚对苯二甲酸乙二醇酯 (Polyethylene terephthalate，PET) 是一种在服装、包装、医药等领域广泛应用的塑料。然而PET产品因其极强的化学、物理稳定性，使得它至少数百年才能在自然界中自发降解，这对全球生态安全和人类健康带来了巨大威胁。近日，天津大学生命科学学院王泽方教授团队设计并构建了一种工程化的酵母全细胞生物催化剂，将PETase作为降解模块、疏水蛋白HFBI作为吸附模块共同展示在酵母细胞表面，创新性地在酵母细胞表面实现了吸附和降解这两个步骤的有机统一。相关工作以《Biodegradation of Highly Crystallized Poly(ethylene terephthalate) Through Cell Surface Codisplay of Bacterial PETase and Hydrophobin》为题，于2022年11月21日发表在Nature Communications上。此研究是该课题组近两年内在生态安全领域（PNAS, 2021, 33876762; PNAS, 2021, 34620712；Nature Communications, 2022, 35338130）的又一重要进展。

  废弃的PET应该怎么回收处理呢？传统的物理、化学方法已经被广泛应用于工业生产，近几年“吃PET”的酶的相关研究为PET降解开拓了一种绿色道路，它能将PET分解为可重新利用的工业原料，而且同时具备传统物理法工艺简单和化学法闭环降解等优点。但是目前利用“吃PET”的酶催化降解低结晶度的PET虽然已经取得了长足进展，有些催化酶的应用甚至已经到达半工业化水平，然而对于高结晶度的PET（用来制作可乐瓶、矿泉水瓶等食品级容器），一直是这些降解酶“消化系统”的短板，降解能力十分有限。天津大学生命科学学院王泽方教授团队通过将吸附模块HFBI及降解模块PETase共展示在酵母细胞表面，构建全细胞催化系统，以解决现存“消化系统”的短板问题，在疏水性的PET界面充分发挥降解酶PETase“消化系统”对高结晶度PET的消化功能，以实现对hcPET的高效降解。

1、酵母全细胞生物催化系统的构建

图1. 酵母全细胞生物催化系统。（a）吸附模块疏水蛋白HFBI和降解模块PETase结构图；（b）共展示系统示意图；（c）HFBI和PETase通过表面共展示技术固定到毕赤酵母细胞表面在100 ns的分子动力学模拟示意图；（d）不同诱导时间下展示在酵母细胞表面的HFBI和PETase免疫荧光图。

2、疏水蛋白HFBI通过增加酵母细胞表面疏水性增加共展示细胞在PET表面的吸附

图2. 检测共展示细胞表面疏水性。（a）MATH实验示意图；（b-c）诱导不同时间的共展示细胞MATH实验结果；（d-e）接触角实验测量结果；（f-g）不同条件下共展示细胞及对照样品在hcPET表面的吸附。

3、酵母全细胞生物催化系统具有高效降解活性

图3. 酵母全细胞生物催化系统能够高效降解hcPET。（a）温度；（b）pH；（c）蛋白质浓度对PET水解的影响；（d）最佳反应条件下共展示细胞和野生型PETase以PET为底物的转化率；（e）商用hcPET薄膜与PETase和共展示细胞孵育前后的SEM图像；（f）最佳反应条件下共展示细胞、单展示PETase细胞及野生型PETase长时间降解hcPET相对降解率。

4、酵母全细胞生物催化系统具有稳定性

图4. 酵母全细胞生物催化系统降解hcPET具有稳定性。（a）热稳定性；（b）循环使用性；（c）化学试剂对共展示系统的影响；（d）冻干对共展示系统的影响。

5、酵母全细胞生物催化系统降解hcPET的分子机制

图5. 全细胞催化系统水解hcPET示意图。

  文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34908-z