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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。

PET is a major environmental issue. In recent years, PET raw material decomposition enzyme "PETase" has been found, resources and resources can be found in the enzyme. PETase is weak in heat and inactive above 35℃. This study is aimed at controlling PETase activity at temperatures above 50℃. The X-ray crystal structure analysis of PETase was carried out in the research project, and the influence of three-dimensional structure information on structural stability was obtained. Specifically, the formation of molecular bonds, the introduction of hydrophobic residues within molecules, the formation of electrostatic interactions, and the introduction of hydrophobic residues within molecules. As a result, PETase thermal stability temperature is about 30℃ up to 60℃ and PETase thermal stability is successful. X-ray crystal structure analysis of PETase with heat resistance was carried out, and the structure of the whole structure and active site were confirmed to be the same as that of wild type. The activity of PETase in the market is regulated, the heat resistance is higher than that of wild type, the activity is higher than 90%, and the decomposition of PET is higher than 50℃. In the future, we will compare the activity of PETase with that of other enzymes. In this study, we will demonstrate the superiority of PETase in heat resistance.