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 酶 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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