近日，中国科学院微生物研究所吴边研究团队在Nature Communications发表论文，题为Computational redesign of a hydrolase for nearly complete PET depolymerization at industrially relevant high-solids loading。团队利用人工智能辅助PET解聚酶重设计，在推动工业级废弃PET塑料的完全解聚研究中取得重要进展。
近年来，酶促解聚回收PET已成为塑料循环经济中解决PET塑料污染危机的首要选择。2020年，法国团队利用生物酶法实现了工业规模下PET塑料90%的解聚回收。然而高温操作条件导致残留的10% PET形成了不可降解的高结晶度废物，阻碍了其在实际工业场景中的应用，成为塑料循环经济中面临的巨大挑战。
团队采用人工智能策略来重新设计PET水解酶，对来自细菌HR29的水解酶BhrPETase进行智能塑造，重设计的变体TurboPETase在8小时内实现了高底物负载量（200 g kg-1）PET废弃物的完全解聚，解聚效率显著超越目前国际报道的高效PET解聚酶，显示出 TurboPETase 在PET废弃物循环利用中的巨大潜力。动力学和结构分析表明了解聚性能的改善可能归功于更灵活的 PET 结合槽，凸显了改善聚合物在特定攻击位点的相互作用的重要性，为进一步促进其他聚酯类生物降解的工业化发展提供了新方案。
中国科学院微生物研究所崔颖璐副研究员、特别研究助理陈艳春博士、博士研究生孙瑨原和特别研究助理朱彤博士为该论文的共同第一作者。中国科学院微生物研究所吴边研究员和崔颖璐副研究员为论文共同通讯作者。本研究获得了国家重点研发计划、国家杰出青年科学基金和中国科学院青年创新促进会等项目支持。
图1：使用蛋白质语言模型对PET解聚酶进行重设计示意图
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