解淀粉芽孢杆菌205高效分泌表达PET水解酶及粗酶完全降解PET的应用研究

本研究发现解淀粉芽孢杆菌205可实现PET水解酶（LCCICCG、TurboPETase和FAST-PETase）的高效分泌表达，其中LCCICCG和TurboPETase在5 L发酵罐中产量分别达3.2 g/L和1.6 g/L，为目前最高报道水平。粗酶液在65°C、pH 8.0条件下24小时内完全降解PET薄膜，并在5 L生物反应器中以1‰（w/w）粗酶比例实现50 g商业PET的完全解聚，为塑料生物降解提供低成本、可规模化的工业解决方案。

　　

Section snippets

Strains, plasmids, and chemicals

本研究使用的异源表达宿主菌株为解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）205（保藏编号CGMCC No. 20093）。表达质粒pBAA是通过将内源淀粉酶表达盒插入pUC110骨架中构建而成（图1A和表S1）。PET薄膜购自Goodfellow公司，PET容器则作为酶解反应底物用于后续实验。

Construction of the engineered strains for overexpressing the PETases

本研究选用高产淀粉酶的解淀粉芽孢杆菌205作为不同PETase酶的表达宿主。通过利用其内源淀粉酶的启动子和信号肽（图1A），构建了三种PET水解酶（LCC^ICCG、TurboPETase和Fast-PETase）的表达系统。如图1B所示，这三种酶在48小时发酵后均实现分泌表达。

Conclusion

本研究成功改造了解淀粉芽孢杆菌205，实现了PET水解酶的高产量分泌表达，突破了异源酶表达和纯化成本高的限制。其中BTurboPETase在工业规模条件下表现出卓越的PET降解效率，使用粗酶制剂在24小时内实现了PET薄膜和大体积底物的完全解聚。经过优化的发酵工艺及粗酶的直接应用，为塑料废弃物的可持续回收提供了新的技术路径。

CRediT authorship contribution statement

梁慧芝：可视化、方法设计、实验操作与数据分析；

董文康：数据验证与整理；

付晓萍：方法与实验；

郑鸿晨：论文撰写-原稿与修订、监督、项目统筹、资金获取与概念设计；

李明：研究监督；

白文琴：监督与资金支持。

Declaration of competing interest

作者声明不存在任何可能影响本研究的已知竞争性财务利益或个人关系。

Acknowledgements

本研究获得了以下项目支持：国家重点研发计划（2023YFC3905002）、低碳制造工程生物学国家重点实验室研究项目、科技部国际合作项目（KY202001017）以及天津市合成生物技术创新能力提升项目（TSBICIP-IJCP-001）。