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。

塑料废物主要由PET（聚对苯二甲酸酯）组成，是一个严重的环境问题。近年来，已经发现了可以将PET分解为原材料的酶“ PETASE”，并吸引了可以回收资源的酶。但是，PETASE对热量达到35°C或更高时的活性很敏感。因此，这项研究的目的是产生一种在50°C或更高的活性高的耐热PETASE。根据研究实施计划，进行了PETASE的X射线晶体结构分析，并发现获得的3D结构信息可找到影响结构稳定性的部分，并修改了该部分的氨基酸。具体而言，通过半胱氨酸残基取代，在分子内的疏水氨基酸残基的引入，通过取代基本或酸性氨基酸残基的形成以及进一步缩短了投射到分子表面上的环的回路以及引入脯氨酸残基。结果，PETASE的热修饰温度提高了大约30°C，即使在60°C下，也可以在60°C下产生稳定的耐热PETASE。此外，进行了耐热PETASE的X射线晶体结构分析，以确认整体结构和主动位点结构与野生型一致。接下来，当我们研究针对市售宠物产品的活动时，发现耐热的PETASE的活性与野生型相比的活性超过90％，并且即使在50°C下也可以降解PET。将来，我们计划通过将其活性与其他塑料降解酶进行比较，以证明在这项研究中开发的耐热PETASE的优势。