利用计算机模拟方法在原核生物中识别潜在的PET酶

《BMC Biology》：Identification of prospective PETases across prokaryotes using an in silico approach

塑料污染威胁生态，需探索天然降解微生物。本研究通过系统分析27种细菌的蛋白质结构，发现Halopseudomonas pertucinogena等三种菌的PET酶与Ideonella sakaiensis的PETase结构高度相似，结合分子动力学和配体结合分析，证实其降解潜力，为生物降解塑料提供新候选。

　　

摘要

背景

塑料对全球动植物的栖息地和生存构成了最严重的威胁之一。全球范围内不断有报告指出塑料废物的数量正在急剧增加，但由于多种工业和家庭流程的需求及经济因素，塑料材料的生产仍在持续。因此，寻找塑料自然降解途径一直至关重要。识别能够降解塑料的微生物成为微生物学研究的重要焦点。虽然最初发现的是Ideonella sakaiensis，后来又发现了Rhizobacter gummiphilus，但这些微生物的发现更多是出于偶然；然而，对负责降解PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）的酶的结构进行解析，确实为寻找更多此类原核生物提供了重要线索。

结果

在这项研究中，我们对原核生物的基因序列进行了全面分析，以探究整个微生物界中是否存在类似的塑料降解能力。在不同细菌物种中发现了27个具有这种能力的基因序列，这使我们相信塑料降解酶具有天然的多样性。此外，从构建的模型及其界面分析中可以看出，这些酶具有共同的结构特征。将PET的关键产物之一BHET与这27种细菌中的蛋白质进行对接实验，发现它们之间存在显著的相互作用，这表明这些细菌可能具有作为天然塑料降解菌的潜力。其中8种蛋白质在结合机制和表面特性上与I. sakaiensis中的PETase非常相似，被列为潜在的候选者。

结论

在这8种蛋白质中，来自Halopseudomonas pertucinogena、Halopseudomonas bauzanensis和Ketobacter属的3种PETase在结构及构象稳定性方面与I. sakaiensis中的PETase高度相似，这一结论通过分子动力学参数分析得到了验证。主成分分析以及与BHET结合过程中的自由能变化也进一步支持了这一假设，这3种PETase可以立即被用于研究其潜在的塑料降解能力。

背景

塑料对全球动植物的栖息地和生存构成了最严重的威胁之一。全球范围内不断有报告指出塑料废物的数量正在急剧增加，但由于多种工业和家庭流程的需求及经济因素，塑料材料的生产仍在持续。因此，寻找塑料自然降解途径一直至关重要。识别能够降解塑料的微生物成为微生物学研究的重要焦点。虽然最初发现的是Ideonella sakaiensis，后来又发现了Rhizobacter gummiphilus，但这些微生物的发现更多是出于偶然；然而，对负责降解PET的酶的结构进行解析，确实为寻找更多此类原核生物提供了重要线索。

结果

在这项研究中，我们对原核生物的基因序列进行了全面分析，以探究整个微生物界中是否存在类似的塑料降解能力。在不同细菌物种中发现了27个具有这种能力的基因序列，这使我们相信塑料降解酶具有天然的多样性。此外，从构建的模型及其界面分析中可以看出，这些酶具有共同的结构特征。将PET的关键产物之一BHET与这27种细菌中的蛋白质进行对接实验，发现它们之间存在显著的相互作用，这表明这些细菌可能具有作为天然塑料降解菌的潜力。其中8种蛋白质在结合机制和表面特性上与I. sakaiensis中的PETase非常相似，被列为潜在的候选者。

结论

在这8种蛋白质中，来自Halopseudomonas pertucinogena、Halopseudomonas bauzanensis和Ketobacter属的3种PETase在结构及构象稳定性方面与I. sakaiensis中的PETase高度相似，这一结论通过分子动力学参数分析得到了验证。主成分分析以及与BHET结合过程中的自由能变化也进一步支持了这一假设，这3种PETase可以立即被用于研究其潜在的塑料降解能力。