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近日, 微生物改造技术全国重点实验室祁庆生教授团队在国际期刊Chemical Engineering Journal在线发表了题为“Improving the Substrate Binding Pocket Flexibility of Leaf-Branch Compost Cutinase for Efficient and Complete Degradation of Commercial PBAT Plastic”的研究成果, 为PBAT塑料废弃物的生物降解与回收提供了一种全新的高活性催化剂. 本研究由山东大学微生物改造技术全国重点实验室教授祁庆生, 副研究员苏田源共同指导完成. 重点实验室博士研究生韩远飞为论文第一作者. 山东大学为本研究的第一完成单位和通讯作者单位. 聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)作为一种生物可降解塑料, 是传统不可降解塑料的主流替代品, 尤其是替代聚乙烯和聚氯乙烯农用地膜. PBAT塑料具备优良的延展性和热稳定性, 已经被广泛应用于生产农用地膜, 具备可生物降解的显著优势, 对农业的可持续发展具有重要意义. 然而, PBAT在自然环境中降解不完全易形成微塑料, 同时其降解的中间产物对苯二甲酸(TPA)具有一定的生物毒性, 在环境中积累将对生态系统带来潜在威胁. 更重要的是合成PBAT的原料主要来源于不可再生的石化资源, 大量丢弃到环境中会严重加剧碳排放. 为了应对这些挑战, 国内外学者开始积极研究设计高效的PBAT降解酶. PBAT分子内含有脂肪族和芳香族两种不同的酯键结构, 因此, 开发一种能同时高效降解这两种酯键结构的塑料水解酶是高效回收PBAT塑料废弃物的关键. 此前, 本团队开发出一种降解PET塑料的高效降解酶LCC-A2(ACS Catalysis, 2024), 能够在3. 3小时内降解超过90%的消费后PET塑料废弃物. 在本研究中, 通过增强LCC-A2底物结合口袋关键loop区的柔性, 提高对于PBAT底物的适配性, 获得了突变体LCC-M1. 该突变体对PBAT的两种酯键均展现出卓越的降解能力, 能够在4h内彻底降解未经任何预处理的商品化PBAT薄膜, 在3h内完全降解商品化的PBAT/PLA共混塑料袋, 且超过99%的降解产物为最终降解产物, LCC-M1是目前报道的最高效PBAT降解酶. 本研究开发的塑料降解酶底物结合口袋改造策略与所获得的PBAT降解酶突变体, 对解决日益严重的塑料污染问题具有重要意义. 该研究工作得到了国家重点研发计划, 国家自然科学基金, 山东省泰山学者青年专家项目, SKLMT前沿与挑战项目, 山东省自然科学基金等基金的资助.
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