用于聚乙烯生物降解的暗红红球菌R7漆酶样多铜氧化酶（LMCO1）的异源表达与特性研究

《Scientific Reports》：Heterologous expression and characterization of Rhodococcus opacus R7 laccase-like multicopper oxidase (LMCO1) enzyme for polyethylene biodegradation

　　

摘要

聚乙烯（PE）的产量已升至令人担忧的水平，因此需要有效的策略来降低其对环境的影响。本研究通过多种方法全面探讨了新型漆酶样多铜氧化酶（LMCO1）在PE氧化降解中的作用，这些方法包括机器学习分析、重组表达以及物理化学检测。为此，研究人员利用多种属性加权算法分析了与在PE环境中培养的Rhodococcus opacus R7相关的公开RNA-seq数据，以探究LMCO1在PE降解过程中的关键作用。随后，他们表达了重组LMCO1，并评估了其对PE薄膜的降解效果。通过测量重量损失率、测定水接触角，并结合傅里叶变换红外光谱和扫描电子显微镜分析，对PE样品的氧化降解情况进行了评估。研究结果表明，Cu2?可使粗酶提取物中的LMCO1活性提高490%，其最佳活性出现在pH值为8、温度为60℃时。在72小时的降解实验中，LDPE的重量损失率为14.28%，同时水接触角降至76.73°。傅里叶变换红外光谱分析显示，PE表面存在多种极性官能团，如羰基、羧基和羟基。扫描电子显微镜则揭示了PE表面出现的裂纹、凹坑和粗糙度等明显损伤，以及结构弱化和材料降解等内部问题。本研究首次证明了LMCO1在无需预先处理的情况下，即可高效实现PE薄膜和颗粒的氧化降解，同时通过机器学习分析和异源表达，表明LMCO1是一种具有巨大应用潜力的环保催化剂。