Customization of Ethylene Glycol (EG)‐Induced BmoR‐Based Biosensor for the Directed Evolution of PET Degrading Enzymes

对苯二甲酸 乙二醇 化学 定向进化 组合化学 生物传感器 聚对苯二甲酸乙二醇酯 生物化学 材料科学 有机化学 突变体 聚酯纤维 基因 复合材料
作者
Min Li,Zhenya Chen,Wuyuan Zhang,Tong Wu,Qingsheng Qi,Yi‐Xin Huo
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/advs.202413205
摘要

The immense volume of plastic waste poses continuous threats to the ecosystem and human health. Despite substantial efforts to enhance the catalytic activity, robustness, expression, and tolerance of plastic-degrading enzymes, the lack of high-throughput screening (HTS) tools hinders efficient enzyme engineering for industrial applications. Herein, we develop a novel fluorescence-based HTS tool for evolving polyethylene terephthalate (PET) degrading enzymes by constructing an engineered BmoR-based biosensor targeting the PET breakdown product, ethylene glycol (EG). The EG-responsive biosensors, with notably enhanced dynamic range and operation range, are customized by fluorescence-activated cell sorting (FACS)-assisted transcription factor engineering. The ingeniously designed SUMO-MHETase-FastPETase (SMF) chimera successfully addresses the functional soluble expression of MHETase in Escherichia coli and mitigates the inhibitory effect of mono-(2-hydroxyethyl) terephthalic acid (MHET) intermediate commonly observed with PETase alone. The obtained SMM3F mutant demonstrates 1.59-fold higher terephthalic acid (TPA) production, with a 1.18-fold decrease in Km, a 1.29-fold increase in Vmax, and a 1.52-fold increase in kcat/Km, indicating stronger affinity and catalytic activity toward MHET. Furthermore, the SMM3F crude extract depolymerizes 5 g L-1 bis-(2-hydroxyethyl) terephthalic acid (BHET) into TPA completely at 37 °C within 10 h, which is then directedly converted into value-added protocatechuic acid (PCA) (997.16 mg L-1) and gallic acid (GA) (411.69 mg L-1) at 30 °C, establishing an eco-friendly 'PET-BHET-MHET-TPA-PCA-GA' upcycling route. This study provides a valuable HTS tool for screening large-scale PET and MHET hydrolases candidates or metagenomic libraries, and propels the complete biodegradation and upcycling of PET waste.
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