未培養的深海微生物酵素對塑膠的降解作用
摘要
聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）水解酶（PETases）是一類近期發現的能夠降解塑膠的酵素。 PETases通常在細菌中被發現；然而，現有的發現流程往往傾向於篩選出高度相似的酵素。本研究利用加州灣瓜伊馬斯盆地(（Guaymas Basin）)受熱液影響的深海沉積物的全基因體數據，尋找PETases。我們鑑定出多種潛在的蛋白質，並根據其潛在的熱穩定性和系統發育新穎性篩選出22個。對這些候選PETases進行異源表達和功能分析，結果顯示其中三個候選酶能夠解聚PET或其副產物。其中一個是來自深海古菌（Bathyarchaeia）的PETase（命名為GuaPA，即瓜伊馬斯PETase古菌），另外兩個是來自未培養細菌－多孔菌（Poribacteria）和嗜熱菌（Thermotogota）的雙羥乙烯對苯二甲酸乙二醇酯水解酶（BHETases）。 GuaPA是第一個被發現能夠解聚PET薄膜的古菌PETase，它屬於一類特定的酶，因此具有一些預測的新型結構特徵。在48小時內，GuaPA能夠從低結晶度PET中釋放出約3-5 mM的對苯二甲酸和對苯二甲酸單(2-羥乙基)酯。含有GuaPA和一種新發現的BHETase的PET共水解反應，能夠進一步提高未經處理的PET薄膜的水解率達68%。對編碼PETase和BHETase的微生物進行基因體分析表明，它們可能代謝酶促PET解聚的產物，這暗示了它們在利用人為碳源方面發揮生態作用。我們的分析揭示了這些未培養微生物具有先前未被發現的PET分解代謝能力，顯示深海可能是塑膠廢棄物解聚生物催化劑的潛在來源。
聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）水解酶（PETases）是一類近期發現的能夠降解塑膠的酵素。 PETases通常在細菌中被發現；然而，現有的發現流程往往傾向於篩選出高度相似的酵素。本研究利用加州灣瓜伊馬斯盆地(（Guaymas Basin）)受熱液影響的深海沉積物的全基因體數據，尋找PETases。我們鑑定出多種潛在的蛋白質，並根據其潛在的熱穩定性和系統發育新穎性篩選出22個。對這些候選PETases進行異源表達和功能分析，結果顯示其中三個候選酶能夠解聚PET或其副產物。其中一個是來自深海古菌（Bathyarchaeia）的PETase（命名為GuaPA，即瓜伊馬斯PETase古菌），另外兩個是來自未培養細菌－多孔菌（Poribacteria）和嗜熱菌（Thermotogota）的雙羥乙烯對苯二甲酸乙二醇酯水解酶（BHETases）。 GuaPA是第一個被發現能夠解聚PET薄膜的古菌PETase，它屬於一類特定的酶，因此具有一些預測的新型結構特徵。在48小時內，GuaPA能夠從低結晶度PET中釋放出約3-5 mM的對苯二甲酸和對苯二甲酸單(2-羥乙基)酯。含有GuaPA和一種新發現的BHETase的PET共水解反應，能夠進一步提高未經處理的PET薄膜的水解率達68%。對編碼PETase和BHETase的微生物進行基因體分析表明，它們可能代謝酶促PET解聚的產物，這暗示了它們在利用人為碳源方面發揮生態作用。我們的分析揭示了這些未培養微生物具有先前未被發現的PET分解代謝能力，顯示深海可能是塑膠廢棄物解聚生物催化劑的潛在來源。
