微藻分泌PHL7酶高效降解聚酯塑料：实现PET生物循环的绿色解决方案

面对全球塑料污染危机，加州大学圣地亚哥分校团队利用莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)成功分泌PHL7聚酯降解酶，通过Impranil DLN筛选体系获得高效降解PET和聚氨酯的工程藻株，证实酶解产物可回收为塑料单体。该研究为环境生物技术提供了气候中和的塑料循环新策略。

　　

塑料污染已成为21世纪最严峻的环境挑战之一。每年约有480-1270万吨塑料进入海洋，预计到205年海洋塑料总质量将超过鱼类。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为最常见的聚酯塑料，其高结晶度(^>50%)导致自然降解需数百年，而全球回收率仅5-6%。传统机械回收会产生质量下降的次级塑料，而化学回收能耗极高。在此背景下，生物酶解回收技术因其温和条件和单体再生能力备受关注，但现有异源表达系统依赖化石能源，无法实现真正的碳中和。

加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)与Algenesis公司的联合团队另辟蹊径，选择光合微藻莱茵衣藻作为"绿色细胞工厂"。这种单细胞真核生物具有生长快(倍增时间<6小时)、可利用CO₂和太阳能、且已建立成熟的基因操作体系等优势。研究人员通过pJP32载体系统，将源自堆肥宏基因组的PHL7水解酶基因与bleomycin抗性基因(ble)串联，并添加内质网导向信号肽SP7，构建出能分泌活性酶的工程藻株。

研究采用三项关键技术：(1)以Impranil DLN(聚氨酯分散液)为底物的高通量筛选体系，通过透明水解圈(halo)快速识别分泌活性酶的转化子；(2)双荧光检测法(FDA酯酶活性和Impranil吸光度检测)定量酶活；(3)质谱验证PET降解产物对苯二甲酸(TPA)。实验使用>50%结晶度的PET颗粒和可持续聚氨酯(sPU)薄膜作为降解对象。

Results部分揭示：

1. 载体设计优化：采用FMDV-2A自剪切肽连接ble-PHL7基因，转化效率达5110个克隆/次(0.5% Impranil)，24.6%转化子产生水解圈(图1)。
   

   

2. 糖基化影响：野生型PHL7在zymogram显示双活性带(推测为N170/N171糖基化异构体)，而去糖基化突变体(PHL7dg)仅见单一条带(图3)，证实微藻分泌途径会修饰外源酶。
   

   

3. 降解效能：7天68°C反应后，工程藻上清液使PET释放TPA量显著高于对照(p=6.91e-07)，LC-MS确认产物为TPA而非BHET(图5)。sPU薄膜接触实验显示工程藻可在10天内穿透塑料屏障。
   

   

讨论部分指出：该研究首次实现微藻分泌体系的高效PET降解酶生产，相比叶绿体表达需破碎细胞的方案，分泌型PHL7使藻生物质可同步用于生物燃料或饲料生产。提出的"藻类生长-酶解反应"分区策略(25°C培养/70°C降解)解决了酶活与藻类生长温度不匹配的难题。技术经济分析表明，该体系每吨PET处理可减少86%碳排放，若与藻源生物塑料生产结合，将形成从原料到降解的闭环系统。

论文发表于《Scientific Reports》的亮点在于：(1)建立首个基于Impranil的微藻分泌酶高通量筛选平台；(2)揭示真核分泌系统对细菌源酶的糖基化修饰规律；(3)为《巴黎协定》框架下的气候中性塑料经济提供关键技术支撑。未来需通过启动子优化和糖基化工程进一步提高酶产量，并开展中试规模验证。