基于废水处理污泥宏基因组的新型Rhizobacter sp.水解酶优化及其在复杂有机废水处理中微藻-细菌颗粒污泥形态与性能提升研究

推荐：本研究针对塑料污染治理和资源回收难题，从废水处理污泥宏基因组中鉴定出新型Rhizobacter sp.水解酶(Rhb)，系统评估了其对PET衍生物REPolymer的酶解特性。研究发现Rhb具有优于IsPETase的热稳定性(Tm 65.2°C)，能特异性产生MHET等寡聚体，为开发新型生物基聚酯的酶法回收工艺提供了关键酶工具。

　　

随着全球塑料年产量突破3.5亿吨，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)作为第四大合成聚合物正面临严峻的回收挑战。传统热机械回收会导致聚合物链断裂，而现有生物酶解法又受限于IsPETase等酶的热不稳定性。更棘手的是，完全解聚为单体TPA和EG后，EG的纯化能耗高且质量不佳。这促使科学家们寻找既能耐受高温、又能选择性产生可再聚合寡聚体的新型水解酶。

来自奥地利研究团队的Lukas Chalwatzis等人在《Bioresource Technology》发表的研究，从废水处理厂活性污泥这一"微生物宝库"入手，通过宏基因组挖掘获得Rhizobacter sp.水解酶(Rhb)。该酶天然携带三个已知能提升IsPETase性能的突变位点(K95N/D186N/S214H)，在65.2°C仍保持稳定。研究人员创新性地将PET解聚产物与生物基单体(癸二醇/戊二酸)共聚，构建了四种新型REPolymer，系统解析了Rhb的酶解机制。

关键技术包括：1)从香港六个污水处理厂污泥宏基因组中鉴定Rhb基因；2)采用5L生物反应器进行异源表达；3)动态光散射测定酶热稳定性；4)LC-MS/HPLC-DAD多平台联用分析寡聚体；5)差示扫描量热法表征聚合物热力学性质。

3.1节揭示Rhb与IsPETase仅差6个氨基酸，但Tm提高16°C。发酵产量达120mg/L，在55°C处理90分钟后仍保留40%活性。3.2节显示Rhb对PET解聚的最适条件为40°C/pH8-9，主要产物MHET浓度达7mM，且不受5mM MHET产物抑制。

3.3节通过REPolymer水解实验取得关键发现：1)无论芳香族(TPA)还是脂肪族(GA)片段，Rhb均表现为内切酶特性，优先产生二聚体；2)含癸二醇的BGC10a/b聚合物出现特征性TPA-C10二聚体；3)MS-TOF首次检测到纯脂肪族寡聚体GA-EG；4)粉末状PET(20%结晶度)水解效率比无定形薄膜高10倍，表明粒径比结晶度更影响酶解效率。

这项研究的意义在于：1)发现天然存在的"优化版"PETase，为酶工程提供新模板；2)证实REPolymer在废水处理系统中的潜在生物降解性；3)建立寡聚体定向回收新策略，相比完全解聚为单体可降低30%再聚合能耗。正如通讯作者Doris Ribitsch指出，该酶特别适合处理T_G较低的改性聚酯，未来通过固定化技术可进一步推动工业化应用。这项工作为发展"塑料-寡聚体-再生塑料"的闭环经济提供了创新性解决方案。