英文原题：Computer-Aided Site-Specific PEGylation of PET Hydrolases for Enhanced PET Degradation
通讯作者：孙彦，天津大学
作者： Zhi Qu (曲直), Yan Sun (孙彦)
背景介绍
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料垃圾的大量堆积给全球环境和人类健康造成了严重的威胁。来源于Ideonella sakaiensis 201-F6的PET水解酶（PETase）不仅能够在中温下降解PET，而且对高结晶度PET塑料的降解活性和特异性优于其他类型的水解酶。然而，PETase的降解活性和稳定性仍然较低，限制了其对PET塑料垃圾的处理能力。因此，研究人员使用了不同的蛋白质工程策略改善PETase的酶学性能。化学修饰技术是另一种改善酶催化性能的有效手段，但聚合物定点修饰PETase并增强其PET降解性能的研究还少有报道。
文章亮点
近日，天津大学孙彦教授在ACS Applied Materials & Interfaces上发表了利用计算机辅助技术实现PETase定点修饰并增强其PET降解性能的研究。设计了一种由4步组成的计算机辅助策略，确定了PETase表面上可用于聚乙二醇（PEG）定点修饰的半胱氨酸（Cys）突变位点。5 kDa的PEG定点修饰后，PETase-5K在30 ℃和40 ℃下的PET降解性能分别是PETase的3.5和3.1倍，Tm值比PETase增长了3.9 ℃。分子动力学模拟显示，5kDa PEG定点修饰（1）减少了修饰后酶（Conjugated PETase）表面的水分子，并增加了PETase-5K的疏水表面积，进而增强了PETase-5K的PET降解活性；（2）增加了PETase-5K表面的水化层厚度和分子内部的氢键数目，降低了水分子与Conjugated PETase的接触从而改善酶的稳定性；（3）通过PEG与Conjugated PETase间的氢键和疏水相互作用保护了酶的结构并降低了酶的柔性。另外，FAST-PETase进行5 kDa PEG定点修饰后，30 ℃下FAST-PETase-5K的PET降解性能可达FAST-PETase的1.8倍。
图1. 计算机辅助PEG定点修饰PETase及其分子机制示意图
总结/展望
研究团队设计了一种确定酶表面可半胱氨酸突变位点以进行聚合物修饰的计算机辅助策略，利用PEG定点修饰提升了PETase和FAST-PETase的PET降解性能。为今后其他酶的定点修饰提供了一种计算机辅助策略，也为进一步改善PET水解酶的催化性能提供了分子基础。
相关论文发表在ACS Applied Materials & Interfaces上，天津大学博士研究生曲直为文章的第一作者，孙彦教授为通讯作者。
通讯作者简介
孙彦 教授
天津大学生物化工学科带头人，“长江学者奖励计划”特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者。近年来主要聚焦以蛋白质为核心的分子结构转换、分子相互作用和界面行为等科学问题，主要研究方向包括生物催化、生物分离、蛋白质聚集及其抑制、纳/微马达的设计和应用等基础和应用基础研究。已发表SCI论文400多篇，出版中文专著4部，英文专著4章，共编英文专著1部；获得授权美国发明专利3项，中国发明专利40余项；研究成果先后获得天津市自然科学一等奖、教育部高等学校科学研究优秀成果奖自然科学二等奖和高校科学技术奖自然科学二等奖等。
课题组网址：
https://limb.tju.edu.cn/
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ACS Appl.Mater.Interfaces 2024, 16, 41, 55463–55477
Publication Date: October 7, 2024
https://doi.org/10.1021/acsami.4c12187
Copyright © 2024 American Chemical Society
Editor-in-Chief
Xing Yi Ling
Nanyang Technological University
Deputy Editor
Peter Müller-Buschbaum
Technische Universität München
ACS Applied Materials & Interfaces为化学家、工程师、物理学家和生物学家等的跨学科领域提供服务，重点探索如何具体应用开发新材料和研究界面过程
2-Year Impact Factor
CiteScore
Time to First Peer Review Decision
8.3
16
33.6
