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为解决 PET 生物回收中评估方法不一致阻碍酶性能对比的问题，研究人员开展 PET 水解酶研究标准化及性能提升研究，发现需统一底物、模拟工业反应条件，这对提高酶筛选效率、数据重现性及推动 PET 循环经济意义重大。
塑料污染已成为全球面临的严峻环境挑战，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为最常见的塑料之一，其大量使用和不当处理导致了严重的生态问题。尽管 PET 的机械回收和化学回收已有一定应用，但生物回收因其绿色环保的特点成为研究热点。然而，当前 PET 水解酶研究中存在评估方法不一致、底物特性不明、反应条件与工业场景脱节等问题，导致不同研究间的数据难以对比，阻碍了高效酶的筛选和工业化应用进程。在此背景下，德国格赖夫斯瓦尔德大学等机构的研究人员开展了相关研究，旨在建立 PET 水解酶研究的标准化指南，并探索提升其工业应用潜力的关键方向，研究成果发表在《Nature Communications》。
研究人员采用了多种关键技术方法：通过宏基因组学和基于序列的酶挖掘技术发现新型 PET 水解酶；利用 X 射线晶体学解析酶结构，分析其与底物的相互作用；借助高通量筛选（HTS）技术在模拟工业条件下评估酶活性；运用热稳定性分析（如熔点测定）和动力学模型研究酶的性能参数；还通过中试规模反应器验证酶在实际工业场景中的适用性。
PET 水解酶的发现与结构多样性
早期研究依赖微生物培养技术，从塑料污染环境中分离出如 Ideonella sakaiensis 等能分泌 PET 水解酶的菌株。宏基因组学则推动了如叶枝堆肥角质酶（LCC）的发现，但近年基于序列的挖掘方法成为主流，不过该方法常以已知酶（如 IsPETase、LCC）为模板，导致发现的酶多属于细菌聚酯酶 - 脂肪酶 - 角质酶（PLC）家族，结构多样性受限。尽管从深海热液、冰川等极端环境中也发现了新型酶，但多数因序列相似性高而陷入 “回音室” 效应，且蛋白质数据库（PDB）中超过三分之一的结构为 IsPETase 及其变体，与底物结合的结构信息不足 16%，制约了对催化机制的深入理解。
PET 特性与工业生物回收的关联
PET 的半结晶结构使其结晶区难以被酶水解，而无定形区在玻璃化转变温度（Tg）以上更易被降解。工业预处理常通过熔融挤出非晶化和机械粉碎来提高酶可及性，但粉碎过程中应变诱导结晶可能降低降解程度，且高能耗问题显著。研究表明，当 PET 数均分子量（Mn）低于 10,000 g/mol 时，降解效率对结晶度的依赖降低，微波预处理等方法可进一步降低 Mn，提升降解效果。此外，反应温度需平衡聚合物链流动性和再结晶速率，65-70℃是较优区间，同时需通过 pH 控制（7-8）维持酶活性。
标准化指南与筛选策略
为解决数据不可比问题，研究提出标准化指南：使用特性明确的 PET 底物（如市售无定形 PET 薄膜），披露结晶度、Mn、比表面积（SSA）等参数；在模拟工业条件（如 65℃以上、高固含量）下进行酶活性评估；采用基于 PET 纳米颗粒（NP）的高通量筛选，避免使用小分子替代底物导致的假阳性。同时，需建立从微孔板筛选到中试规模反应器的逐级放大验证流程，记录 pH 滴定、产物积累和聚合物质量损失等数据，以准确评估酶的工业潜力。
替代回收场景与未来技术
对于热不稳定的 PET 水解酶，可通过工程化微生物细胞工厂实现 “PET 营养”（PETtrophy），即利用微生物同时降解 PET 和代谢单体，但需解决温度、pH 等生长条件与酶活性的匹配问题。此外，AI 驱动的从头酶设计（如扩散模型）为开发新型酶支架提供了可能，但需进一步验证其在实际 PET 降解中的性能。未来研究还需关注酶固定化、协同酶鸡尾酒开发，以及拓展至其他可水解塑料（如聚氨酯、聚乳酸）的降解。
结论与展望
该研究系统梳理了 PET 水解酶研究的关键瓶颈，提出了标准化评估框架和工业应用策略，为解决当前数据混乱、加速高效酶开发奠定了基础。通过整合结构生物学、计算模型和高通量筛选技术，有望突破界面生物催化的机制认知，推动 PET 生物回收从实验室走向大规模工业化，助力全球塑料循环经济的实现。未来，跨学科合作和技术创新将是解锁新型酶资源、应对复杂塑料污染的关键。
