近日，Journal of Hazardous Materials在线发表了江南大学未来食品科学中心陈坚院士团队刘松研究员课题组的研究成果“Ancestral sequence reconstruction of the prokaryotic three-domain laccases for efficiently degrading polyethylene”（Zeng et al., 2024,J. Hazard. Mater.,2024, 476,135012。2022级博士曾波为论文第一作者，堵国成教授、刘松研究员为通讯作者。
聚乙烯（PE）塑料制品广泛应用于农业、医药和其他领域。然而，由于存在碳-碳键，聚乙烯很难自然降解。转录组分析和体外验证实验表明，参与微生物降解聚乙烯的酶包括漆酶、脂肪酶和其他氧化酶。与其它氧化酶相比，漆酶降解PE的效率相对较高。然而，这些漆酶主要是从现有的具有PE降解能力的微生物菌株中鉴定出来的，依赖于耗时的菌株筛选、转录组学、蛋白质组学等工作。因此，有必要寻找一种新的途径挖掘具有PE降解能力的漆酶。
在本研究中，通过祖先序列重建从23个细菌三域漆酶序列中生成并鉴定了9个祖先漆酶。除祖先漆酶Anc41外，其它祖先漆酶均能在60°C（pH 3.0或pH 7.0）降解低密度聚乙烯（LDPE）塑料，且无需对塑料进行预处理（加热、UV照射）和添加反应介体。其中，祖先漆酶Anc52在70°C和pH 7.0降解LDPE的效果最好。序列分析显示，Anc52与已报道可降解PE的漆酶具有较低的序列一致性(18%-41.7%)。为了进一步提高PE降解效率，Anc52（0.2 mg/mL）在90°C下催化反应14 h，PE塑料表面产生了更明显的褶皱和凹陷，其羰基和羟基指数分别达到2.08和2.05。随后，通过定点突变确定了Anc52对PE塑料降解效率至关重要的氨基酸残基S203和R288。分子动力学分析表明，氨基酸残基S203和R288可能参与了该酶催化活中心三铜簇的稳定化。此外，研究还发现在pH为7.0进热处理（70°C和90°C），Anc52具有明显的热激活现象；热激活后的Anc52具有较高的催化效率（kcat/Km= 191.73mM-1·s-1）和热稳定性（70°C时的半衰期为13.70 h）。综上所述，本研究通过祖先序列重建获得了具有明显的PE塑料降解能力祖先漆酶。
上述研究工作得到了国家重点研发计划项目（2019YFA0706900）的资助。
图1 在不同pH条件下，祖先漆酶处理的LDPE塑料FTIR光谱分析
图2 在pH 7.0下，Anc52及突变体处理的LDPE塑料SEM图像
图3 Anc52的生物信息学分析
（编辑：潘梦妍）
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