Novel Feruloyl Esterase for the Degradation of Polyethylene Terephthalate (PET) Screened from the Gut Microbiome of Plastic-Degrading Mealworms (Tenebrio Molitor Larvae)

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作者
Tursunay Mamtimin,Xingyu Ouyang,Wei‐Min Wu,Tuoyu Zhou,Xiaoxiao Hou,Aman Khan,Pu Liu,Yi‐Lei Zhao,Hongzhi Tang,Craig S. Criddle,Huawen Han,Xiangkai Li
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (40): 17717-17731 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c01495
摘要

Mealworms (Tenebrio molitor) larvae can degrade both plastics and lignocellulose through synergistic biological activities of their gut microbiota because they share similarities in chemical and physical properties. Here, a total of 428 genes encoding lignocellulose-degrading enzymes were screened from the gut microbiome of T. molitor larvae to identify poly(ethylene terephthalate) (PET)-degrading activities. Five genes were successfully expressed in E. coli, among which a feruloyl esterase-like enzyme named TmFae-PETase demonstrated the highest PET degradation activity, converting PET into MHET (0.7 mgMHETeq ·h-1·mgenzyme-1) and TPA (0.2 mgTPAeq ·h-1·mgenzyme-1) at 50 °C. TmFae-PETase showed a preference for the hydrolysis of ferulic acid methyl ester (MFA) in the presence of both PET and MFA. Site-directed mutagenesis and molecular dynamics simulations of TmFae-PETase revealed similar catalytic mechanisms for both PET and MFA. TmFae-PETase effectively depolymerized commercial PET, making it a promising candidate for application. Additionally, the known PET hydrolases IsPETase, FsC, and LCC also hydrolyzed MFA, indicating a potential origin of PET hydrolytic activity from its lignocellulosic-degrading abilities. This study provides an innovative strategy for screening PET-degrading enzymes identified from lignocellulose degradation-related enzymes within the gut microbiome of plastic-degrading mealworms. This discovery expands the existing pool of plastic-degrading enzymes available for resource recovery and bioremediation applications.
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