近日，中國(guó)科學(xué)院微生物研究所吳邊研究團(tuán)隊(duì)在《自然-通訊》（Nature Communications）上，發(fā)表了題為Computational redesign of a hydrolase for nearly complete PET depolymerization at industrially relevant high-solids loading的研究成果。該團(tuán)隊(duì)利用人工智能輔助PET解聚酶重設(shè)計(jì)，在推動(dòng)工業(yè)級(jí)廢棄PET塑料的完全解聚研究中取得進(jìn)展。

近年來(lái)，酶促解聚回收PET已成為塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)中解決PET塑料污染危機(jī)的首要選擇。2020年，法國(guó)團(tuán)隊(duì)利用生物酶法實(shí)現(xiàn)了工業(yè)規(guī)模下PET塑料90%的解聚回收。然而，高溫操作條件導(dǎo)致殘留的10% PET形成了不可降解的高結(jié)晶度廢物，阻礙了其在實(shí)際工業(yè)場(chǎng)景中的應(yīng)用，成為塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)中的挑戰(zhàn)。

該團(tuán)隊(duì)采用人工智能策略來(lái)重新設(shè)計(jì)PET水解酶，對(duì)來(lái)自細(xì)菌HR29的水解酶BhrPETase進(jìn)行智能塑造。重設(shè)計(jì)的變體TurboPETase在8小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)了高底物負(fù)載量PET廢棄物的完全解聚，且解聚效率超越目前國(guó)際報(bào)道的高效PET解聚酶，顯示出TurboPETase在PET廢棄物循環(huán)利用中的潛力。動(dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)分析表明解聚性能的改善可能歸功于更靈活的PET結(jié)合槽，凸顯了改善聚合物在特定攻擊位點(diǎn)的相互作用的重要性，為進(jìn)一步促進(jìn)其他聚酯類(lèi)生物降解的工業(yè)化發(fā)展提供了新方案。

研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家杰出青年科學(xué)基金以及中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等的支持。

使用蛋白質(zhì)語(yǔ)言模型對(duì)PET解聚酶進(jìn)行重設(shè)計(jì)示意圖