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微生物所在人工智能推动工业级废弃PET塑料的完全解聚研究中获进展

iikx.com爱科学1

近日,中国科学院微生物研究所吴边研究团队在《自然-通讯》(Nature Communications)上,发表了题为Computational redesign of a hydrolase for nearly complete PET depolymerization at industrially relevant high-solids loading的研究成果。该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的挑战。

该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PET废弃物的完全解聚,且解聚效率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潜力。动力学和结构分析表明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。

研究工作得到国家重点研发计划、国家杰出青年科学基金以及中国科学院青年创新促进会等的支持。

使用蛋白质语言模型对PET解聚酶进行重设计示意图

 

研究团队单位:微生物研究所
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