Three-directional engineering of IsPETase with enhanced protein yield, activity, and durability

产量(工程) 化学 耐久性 化学工程 材料科学 复合材料 工程类
作者
Seul Hoo Lee,Hogyun Seo,Hwaseok Hong,Jiyoung Park,Dongwoo Ki,Mi Jeong Kim,Hyung Joon Kim,Kyung‐Jin Kim
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:459: 132297-132297 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2023.132297
摘要

The mesophilic PETase from Ideonella sakaiensis (IsPETase) has been shown to exhibit high PET hydrolysis activity, but its low stability limits its industrial applications. Here, we developed a variant, Z1-PETase, with enhanced soluble protein yield and durability while maintaining or improving activity at lower temperatures. The selected Z1-PETase not only exhibited a 20-fold improvement in soluble protein yield compared to the previously engineered IsPETaseS121E/D186H/S242T/N246D (4p) variant, but also demonstrated a 30% increase in low-temperature activity at 40 °C, along with an 11 °C increase in its TmD value. The PET depolymerization test across a temperature range low to high (30–70 °C) confirmed that Z1-PETase exhibits high accessibility of mesophilic PET hydrolase and rapid depolymerizing rate at higher temperature in accordance with the thermal behaviors of polymer and enzyme. Additionally, structural interpretation indicated that the stabilization of specific active site loops in Z1-PETase contributes to enhanced thermostability without adversely impacting enzymatic activity. In a pH-stat bioreactor, Z1-PETase depolymerized > 90% of both transparent and colored post-consumer PET powders within 24 and 8 h at 40 °C and 55 °C, respectively, demonstrating that the utility of this IsPETase variant in the bio-recycling of PET.
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