我院江凌教授团队在环境科学领域Top期刊《Journal of Hazardous Materials》(Q1,IF:13.6)发表题为“Development and characterization of a bacterial enzyme cascade reaction system for efficient and stable PET degradation”的研究性文章。
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  • 发布时间:2024-05-30

导读

20234月,万博体育bet 江凌教授团队在环境科学领域Top期刊《Journal of Hazardous Materials》(Q1IF13.6)发表题为“Development and characterization of a bacterial enzyme cascade reaction system for efficient and stable PET degradation”的研究性文章。万博体育bet 生物与制药工程学院博士生王成勇为第一作者,江凌教授为唯一通讯作者,该工作获得国家重点研发计划项目、国家自然科学基金和江苏省先进生物制造创新中心项目的支持。

微生物菌株和酶催化系统对PET降解做出了巨大贡献。然而,微生物在塑料降解过程中遇到了各种障碍。微生物需要经过生物膜的形成、胞外酶的分泌以及同化和矿化几个阶段实现PET的解聚。对于酶催化体系而言,酶活性还取决于聚合物的结晶性质和表面疏水性。此外,抑制性副产物的存在会阻碍反应速率,尽管可以通过由PET水解酶和MHETase组成的双酶系统来缓解反应速率。多酶级联体系是一种有效的方法,可以避免反应中间体积累引起的竞争性抑制,从而提高生物循环路线的整体性能。然而,游离酶的体系也存在各种缺点,包括纯化费用过高、稳定性降低、回收率降低以及高浓度情况下聚集导致活性下降。为了克服这些限制,本研究开发了一种用于PET生物降解的新型细菌酶级联反应系统(BECRS)。该系统利用E. coliNissle 1917 (EcN)作为宿主细胞,成功表面展示了卷曲纤维的CsgA蛋白,碳水化合物结合模块(CBM3)和降解模块(PETase),以增强PET的吸附和降解。研究证明了CBM3PETases在大肠杆菌表面的功能展示,以及全细胞生物催化剂多次重复使用而不会显著损失活性的能力。在优化的实验条件下,EC-F&CBM3体系对无定形PET薄膜的降解速率为3437±148 μg/d*cm2),总产物释放量为14.6 mM。与MHETase偶联时,BECRS在肠道环境中对结晶PET微塑料的降解效率为21.40%,降解产物完全转化为TPA。该研究结果表明,BECRS体系为PET的有效生物降解提供了一种前瞻性策略。此外,BECRS的初步应用是多种多样的,特别是包括其在减轻PET微塑料对胃肠道毒性方面的影响。未来的研究工作将集中在克服其在水生生态系统中实施的障碍,以确保其在天然水系统中的功效。

图文赏析

1通过工程化EcN生产降解PET的胞外卷曲纤维

2全细胞体系对PET低聚物及PET薄膜的降解情况

3 BECRS在人工肠道模拟系统下对商业化结晶型PET微塑料的降解情况

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