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聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种广泛用于包装和纺织品的聚酯，由于其高结晶度和高稳定性而在环境中持久存在，因而对全球塑料污染作出了重要贡献。PET水解酶（PETase）介导的酶促解聚为将PET转化为其单体构件、从而实现回收利用，提供了一条化学精确且环境可持续的途径。然而，其实际应用仍受到PET刚性结晶结构的阻碍，该结构限制了酶的可及性，并需要高能耗的预处理才能实现高效解聚。此外，大多数PETase只能实现部分解聚，对苯二甲酸（TPA）产率较低，并会积累具有抑制作用的中间产物；与此同时，有限的热稳定性和缓慢的表面动力学进一步限制了其效率。为克服这些障碍，我们报道了VenusPETase，这是利用PETase工程化前沿计算框架PET-Flow设计的KbPETase工程变体。与KbPETase相比，VenusPETase的水解活性提高了3.4倍，在蛋白经热处理后最高可提高27倍，热稳定性提高了12摄氏度。VenusPETase在50摄氏度下可在广泛的结晶度范围（8%–50%）内实现快速降解，能够有效覆盖商业PET产品的全部结晶度谱。此外，VenusPETase在各自最优条件下优于九种高性能PETase，并能够降解结晶度为8%–50%的未经处理PET底物；其释放产物中TPA占比超过95%，且中间产物积累极少。X射线晶体学和分子动力学模拟表明，动态调控以及升高的表面静电势增强了VenusPETase与结晶PET的相互作用，从而降低了水解能垒并提升了催化性能。我们还证明，来自九种不同产品的未经处理消费后PET均可被VenusPETase降解。回收得到的单体可直接重新聚合为原生品质的PET，展示了一个闭环酶促回收过程。在100 L生物反应器中，VenusPETase在50摄氏度下可于24小时内完全解聚消费后结晶PET（结晶度28%）。这些结果确立了VenusPETase作为一种稳健生物催化剂的地位，可在温和条件下实现结晶PET的高效闭环回收。
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是一种广泛用于包装和纺织品的聚酯，由于其高结晶度和高稳定性而在环境中持久存在，因而对全球塑料污染作出了重要贡献。PET水解酶（PETase）介导的酶促解聚为将PET转化为其单体构件、从而实现回收利用，提供了一条化学精确且环境可持续的途径。然而，其实际应用仍然受到PET刚性高、结晶性强的结构所阻碍，这种结构限制了酶的可及性，并且需要高能耗的预处理以实现高效解聚。此外，大多数PETase仅能实现部分解聚，对苯二甲酸（TPA）产率较低，并且会积累具有抑制作用的中间体；与此同时，有限的热稳定性和缓慢的表面反应动力学进一步限制了其效率。为克服这些障碍，我们报道了VenusPETase，这是一种利用PETase工程化前沿计算框架PET-Flow设计得到的KbPETase工程变体。与KbPETase相比，VenusPETase的水解活性提高了3.4倍，经蛋白热处理后最高可提高27倍，热稳定性提升了12摄氏度。VenusPETase在50摄氏度下可在较宽结晶度范围（8%–50%）内实现快速降解，因而有效覆盖了商业PET产品的整个结晶度谱。此外，在各自最优条件下，VenusPETase的性能优于9种高性能PETase，并且能够降解结晶度为8%–50%的未经处理PET底物，所释放产物中TPA占比超过95%，且中间体积累极少。X射线晶体学和分子动力学模拟表明，动态调控以及升高的表面静电势增强了VenusPETase与结晶PET之间的相互作用，从而降低了水解能垒并提升了催化性能。我们还证明，来自9种不同产品的未经处理的消费后PET均可被VenusPETase降解。回收得到的单体可直接重新聚合为原生品质的PET，表明该方法实现了闭环酶法回收过程。在100 L生物反应器中，VenusPETase可在50摄氏度条件下于24小时内将消费后结晶PET（结晶度28%）完全解聚。这些结果确立了VenusPETase作为一种稳健生物催化剂的地位，其能够在温和条件下实现结晶PET的高效闭环回收。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.04.730138v1?rss=1
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