Обнаружен новый глубоководный фермент: впервые разрушение ПЭТ-пластика

Исследователи из Гамбургского университета и Дюссельдорфского университета имени Генриха Гейне сыграли значительную роль в микробиологическом исследовании. Это открытие значительно расширяет знания о ферментах, разрушающих ПЭТ, их основных механизмах и эволюционном понимании их разнообразия в глобальных океанах. Исследовательская группа недавно опубликовала свои выводы в Communications Chemistry, где они изучают как биотехнологические приложения, так и критические последствия для биогеохимических процессов в морской и наземной среде.

Основной момент исследования: открытие PET46

Профессор Рут Шмитц-Штрайт, руководитель группы молекулярной биологии микроорганизмов в Институте общей микробиологии (IfAM) и член Kiel Marine Science (KMS), подчеркнула важность этого открытия: «В нашем исследовании мы обнаружили новый генетический ресурс из глубоководных организмов, принадлежащих к археям, которые разлагают ПЭТ». Ранее было идентифицировано около 80 ферментов, разлагающих ПЭТ, в основном из бактерий и грибов. «Наши открытия способствуют лучшему пониманию экологической роли глубоководных архей и их потенциальной роли в разложении отходов ПЭТ в океане», — добавила Шмитц-Штрайт.

Уникальные свойства PET46

Используя метагеномный подход, команда впервые идентифицировала и биохимически охарактеризовала фермент, разрушающий ПЭТ, названный PET46, из некультивируемого глубоководного микроорганизма. Они идентифицировали ген из глубоководного образца на основе его сходства с известными последовательностями, синтезировали соответствующий кодирующий ген, произвели фермент в Escherichia coli и изучили его биохимически и структурно. PET46 обладает уникальными особенностями, которые дополняют разнообразие ферментов, активных в ПЭТ. Структурно отличающийся от ранее обнаруженных ферментов, PET46 способен разрушать как длинноцепочечные полимеры ПЭТ, так и короткоцепочечные олигомеры, что обеспечивает непрерывную деградацию.

Фермент также использует другой механизм связывания субстрата по сравнению с известными ферментами, разрушающими ПЭТ. Исследователи обнаружили необычную «крышку» из 45 аминокислот над активным центром фермента, что имеет решающее значение для связывания. Напротив, другие ферменты ПЭТ обычно содержат ароматические аминокислоты вблизи своих активных участков.

Перспективные биотехнологические приложения

На молекулярном уровне PET46 имеет сходство с эстеразой феруловой кислоты, ферментом, который расщепляет природный полимер лигнин, содержащийся в клеточных стенках растений. Этот фермент высвобождает сахара из древесных частей растений, разрушая полимеры лигнина. Благодаря структурному сходству между лигнином и ПЭТ, природные ферменты, разрушающие ПЭТ, также могут играть ключевую роль в компостировании древесины в лесных почвах.

Биохимические свойства PET46 делают его перспективным кандидатом для разложения пластика как в морской, так и в наземной среде, а также для потенциальных биотехнологических применений. По сравнению с другими хорошо охарактеризованными ферментами, разлагающими PET, полученными из бактерий и компостных растений, PET46 работает более эффективно при 70°C, чем эти эталонные ферменты при соответствующих оптимальных температурах.