熱に強いポリエチレンテレフタレート（PET）分解酵素をつくる研究

研究创造耐热聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）降解酶

基本信息

批准号：
21K05387
负责人：
峯昇平
金额：
$ 2.75万
依托单位：
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

PET（ポリエチレンテレフタレート）を主とするプラスチック廃棄物は、重大な環境問題である。近年、PETを原料にまで分解できる酵素「PETase（ペターゼ）」が発見され、資源リサイクル実現可能な酵素として注目されている。しかしながら、PETaseは熱に弱く、35℃以上になると活性を失う。そこで、本研究では、50℃以上で高活性を有する耐熱性PETaseを作製することを目的とする。研究実施計画に従い、PETaseのX線結晶構造解析を行い、得られた立体構造情報から構造安定性に影響する部分を見出し、その部分のアミノ酸を改変した。具体的には、システイン残基置換によるジスルフィド結合の形成、分子内部への疎水性アミノ酸残基の導入、塩基性または酸性アミノ酸残基置換による静電相互作用の形成、さらには分子表面に突き出たループの短鎖化ならびにプロリン残基を導入を行った。その結果、PETaseの熱変性温度を約30℃向上させ、60℃でも安定な耐熱性PETaseを作り出すことに成功した。また、耐熱性PETaseのX線結晶構造解析を行い、全体構造および活性部位構造が野生型と一致することを確認した。次に市販のPET製品に対する活性を調べたところ、耐熱性PETaseは野生型に比べ、90%以上活性が向上し、かつ、50℃でもPETを分解できることがわかった。今後は他のプラスチック分解酵素と活性を比較することで本研究で開発した耐熱性PETaseの優位性を証明していく予定である。

塑料废物，主要是 PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯），是一个严重的环境问题。近年来，人们发现了一种名为PETase的酶，可以将PET分解为原料，作为一种可以实现资源回收利用的酶而受到关注。然而，PETase 对热敏感，温度高于 35°C 时就会失去活性。因此，本研究的目的是创造一种在50°C以上具有高活性的耐热PETase。根据研究实施计划，我们对PETase进行了X射线晶体结构分析，从获得的3D结构信息中找到了影响结构稳定性的部分，并对该部分的氨基酸进行了修饰。具体来说，半胱氨酸残基取代形成二硫键，分子内部引入疏水性氨基酸残基，碱性或酸性氨基酸残基取代形成静电相互作用，甚至形成二硫键从分子表面突出的环被缩短并引入了脯氨酸残基。结果，他们成功地将 PETase 的热变性温度提高了约 30°C，并创造了一种即使在 60°C 也稳定的热稳定 PETase。此外，我们对耐热PETase进行了X射线晶体结构分析，证实其整体结构和活性位点结构与野生型一致。接下来，我们对市售PET产品的活性进行了研究，发现热稳定性PETase与野生型相比，活性提高了90%，甚至在50°C下也能分解PET。未来，我们计划通过与其他塑料降解酶的活性比较来证明本研究开发的热稳定PETase的优越性。