近日，《科技日报》发布重磅报道

(相关资料图)

湖北大学生命科学学院

省部共建生物催化与酶工程

国家重点实验室和湖北洪山实验室

郭瑞庭教授团队通过研究利用

结构生物学和酶学等技术

发现角质酶可以实现

高效降解多聚物PBAT

同时阐明了相关的催化机制

利用降解酶“吃掉”塑料垃圾

为塑料降解提供了解决方法

寻找能“咀嚼”PBAT的降解酶

据介绍，PBAT是一种由己二酸、丁二醇和对苯二甲酸缩聚而成的新一代塑料。它有着和塑料聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）类似的分子结构。因其具有优良的延展性、热稳定性和可塑性等特性，被广泛应用于农业（农用地膜）、纺织业以及食品包装等领域。

然而随着PBAT的广泛应用，PBAT废塑料的大量积累也给环境造成了很大压力。一直以来，生物酶法绿色降解塑料可能是解决塑料污染问题的最佳方案之一。

然而，PBAT具有规则的晶体状的分子结构，聚合物纤维排列得非常紧密，寻找能够“咀嚼”PBAT的降解酶非常困难。

为了解决上述难题，郭瑞庭团队通过大规模筛选、寻找合适的酶，终于发现了一种可用于降解PBAT地膜的角质酶TfCut。

“这种酶可以在两天内快速将PBAT地膜分解成大碎片、小颗粒直至完全消失。”

论文共同第一作者之一、湖北大学副教授杨钰介绍，他们发现其降解过程主要有BTa、ABTa和TaBTa（Ta=TPA）3种中间产物，以及终产物TPA产生。

研究团队观察这4种产物的变化，发现ABTa和TaBTa会在8小时左右达到最高值后逐渐下降至消失。48小时后，反应产物主要是TPA和BTa。

PBAT降解产物有许多种可能，但是角质酶TfCut降解PBAT的过程中却只出现了这4种产物。

变产物为原料：减少原油消耗

郭瑞庭团队前期发现将角质酶TfCut的大二元体（H224-F228）改造成小二元体（S224-I228）后，其降解PET塑料的活性明显升高。

于是他们将该策略应用到PBAT的降解后发现，改造的角质酶TfCut小二元体突变（简称TfCut-DM）降解反应48小时后只剩下TPA，该结果将有利于实现PBAT降解后TPA的循环利用。

郭瑞庭指出，TPA是制备PBAT的原料之一，来自于原油，受供需关系影响，近年原油价格持续走高，PBAT生产成本大幅上涨。

如果可以将PBAT降解产物TPA，重新回收用于合成PBAT或者其他多聚物，就可以实现PBAT循环利用并减少原油的消耗，这将具有良好的产业应用价值。

此外，农用地膜在使用时都会受到太阳照射，因此该团队用紫外线照射PBAT诱发交联反应后测试发现，野生型TfCut和TfCut-DM均可以高效地降解已经发生交联反应的PBAT。这一发现为角质酶降解PBAT的应用研究打下坚实基础。

郭瑞庭说，对比发现，野生型TfCut活性区入口处较为突出。而TfCut-DM活性区入口处较为平坦，更有利于与PBAT长链的结合，这从结构上解释了TfCut-DM降解活力提高的原因。

综合上述结果，郭瑞庭团队绘制了角质酶TfCut降解PBAT的示意图：角质酶TfCut首先由催化三联体行使内切水解酶功能，生成以TPA为末端的反应中间产物。而改造后的TfCut-DM酶活更高，终产物为TPA，将更有利于实现PBAT酶水解后产物的回收循环利用。

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