Computational design of highly efficient thermostable MHET hydrolases and dual enzyme system for PET recycling

解聚 聚对苯二甲酸乙二醇酯 对苯二甲酸 化学 单体 水解 对苯二甲酸二甲酯 聚酯纤维 乙二醇 组合化学 有机化学 材料科学 聚合物 复合材料
作者
Jun Zhang,Sheng Wang,Zhaorong Luo,Zhenwu Yang,Zixuan Zhang,Pengyu Wang,Mengyu Li,Yi Zhang,Yue Feng,Diannan Lu,Yushan Zhu
出处
期刊:Communications biology [Nature Portfolio]
卷期号:6 (1) 被引量:14
标识
DOI:10.1038/s42003-023-05523-5
摘要

Abstract Recently developed enzymes for the depolymerization of polyethylene terephthalate (PET) such as FAST-PETase and LCC-ICCG are inhibited by the intermediate PET product mono(2-hydroxyethyl) terephthalate (MHET). Consequently, the conversion of PET enzymatically into its constituent monomers terephthalic acid (TPA) and ethylene glycol (EG) is inefficient. In this study, a protein scaffold (1TQH) corresponding to a thermophilic carboxylesterase (Est30) was selected from the structural database and redesigned in silico. Among designs, a double variant KL-MHETase (I171K/G130L) with a similar protein melting temperature (67.58 °C) to that of the PET hydrolase FAST-PETase (67.80 °C) exhibited a 67-fold higher activity for MHET hydrolysis than FAST-PETase. A fused dual enzyme system comprising KL-MHETase and FAST-PETase exhibited a 2.6-fold faster PET depolymerization rate than FAST-PETase alone. Synergy increased the yield of TPA by 1.64 fold, and its purity in the released aromatic products reached 99.5%. In large reaction systems with 100 g/L substrate concentrations, the dual enzyme system KL36F achieved over 90% PET depolymerization into monomers, demonstrating its potential applicability in the industrial recycling of PET plastics. Therefore, a dual enzyme system can greatly reduce the reaction and separation cost for sustainable enzymatic PET recycling.

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