Natural diversity screening, assay development, and characterization of nylon-6 enzymatic depolymerization

解聚 聚酰胺 化学 水解 基质(水族馆) 水解酶 亲核细胞 酰胺 聚酯纤维 酶水解 有机化学 立体化学 生物化学 生物 催化作用 生态学
作者
Elizabeth L. Bell,Gloria Rosetto,Morgan A. Ingraham,Kelsey J. Ramirez,Clarissa Lincoln,Ryan W. Clarke,Japheth E. Gado,Jacob L. Lilly,Katarzyna H. Kucharzyk,Erika Erickson,Gregg T. Beckham
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:17
标识
DOI:10.1038/s41467-024-45523-5
摘要

Abstract Successes in biocatalytic polyester recycling have raised the possibility of deconstructing alternative polymers enzymatically, with polyamide (PA) being a logical target due to the array of amide-cleaving enzymes present in nature. Here, we screen 40 potential natural and engineered nylon-hydrolyzing enzymes (nylonases), using mass spectrometry to quantify eight compounds resulting from enzymatic nylon-6 (PA6) hydrolysis. Comparative time-course reactions incubated at 40-70 °C showcase enzyme-dependent variations in product distributions and extent of PA6 film depolymerization, with significant nylon deconstruction activity appearing rare. The most active nylonase, a NylC K variant we rationally thermostabilized (an N-terminal nucleophile (Ntn) hydrolase, NylC K -TS, T m = 87.4 °C, 16.4 °C higher than the wild-type), hydrolyzes 0.67 wt% of a PA6 film. Reactions fail to restart after fresh enzyme addition, indicating that substrate-based limitations, such as restricted enzyme access to hydrolysable bonds, prohibit more extensive deconstruction. Overall, this study expands our understanding of nylonase activity distribution, indicates that Ntn hydrolases may have the greatest potential for further development, and identifies key targets for progressing PA6 enzymatic depolymerization, including improving enzyme activity, product selectivity, and enhancing polymer accessibility.
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