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本研究通过in-silico分析鉴定了Alternaria alternata等六种真菌中56个塑料降解相关酶（漆酶、脂酶、切粉酶、过氧化酶），并利用分子对接评估其降解能力，发现漆酶对聚苯乙烯等塑料的降解潜力最高，为未来生物降解技术提供新靶点。
Md. Darun Naim | Md. Nurul Haque Mollah | Ahmed Imtiaj
植物学系，生物科学学院，拉杰沙希大学，拉杰沙希 6205，孟加拉国
摘要
塑料污染威胁着人类生命，因为迄今为止只有9%的83亿吨塑料被回收利用。真菌酶为这一危机提供了一个重要的、环保的解决方案。然而，关于不同真菌基因组中这些酶的信息仍然有限。为了研究这些蛋白质的功能，我们进行了多项“计算机模拟”分析，并通过分子对接技术评估了它们与常见塑料（LDPE、PVC、HDPE、PP、PS、PCL、尼龙、PET、DBP、DEP和BPA）的相互作用。利用BLASTp算法，并以AfLaccase、AnLipase、FoCutinase和AtPeroxidase作为查询工具，从Aa、An、Ap、At、Fo和Pc的蛋白质组中鉴定出了56种Lac、Lip、Cu和Per蛋白。系统发育树显示了这些蛋白质不同的分类群。蛋白质的结构域表明它们具有降解能力。这些酶的细胞外定位表明它们可能是分解热塑性塑料（TPs）的关键酶。GO IDs GO:0003824和GO:0016787，以及顺式调控元件（如ERE、CGACG、BOXLCORE和CURECORE）表明它们具有催化功能。预计ApLac1、ApLac3、ApLip1和ApLip2基因在C16和lcAlk培养物中高度表达，由于它们的相似性，Lac和Lip基因可能具有相同的功能。在预测的蛋白质中，Cu（14个中的0个）< Lip（13个中的2个）< Per（11个中的5个）< Lac（18个中的14个）与BPA及其他热塑性塑料的结合亲和力≥-7 kcal/mol。Aa、An、Ap、At、Fo和Pc中的Cu < Lip < Per < Lac的活性位点面积和体积依次减小，这表明Lac可能具有较高的降解能力。本研究发现了潜在的酶，这些酶可能成为未来塑料降解实验研究的宝贵资源。
引言
塑料因其出色的强度重量比、阻隔性能和易于成型而成为现代生活和众多行业不可或缺的部分。它们被广泛用于轻质包装、耐用建筑材料、医疗设备、汽车零部件、电子外壳和农业薄膜，并有助于提高能源效率[1]。
自1950年以来，全球共生产了83亿吨塑料，其中仅有9%被回收利用。截至2025年，热塑性塑料（TPs）占塑料产量的82%，预计到2040年年废弃物量将从2023年的350万吨增加到2.5亿吨[2]，由此造成的生态损失估计为130亿美元，每年导致40万水生生物死亡[3]、[4]、[5]、[6]。常见的热塑性塑料包括聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、高密度聚乙烯（HDPE）和低密度聚乙烯（LDPE）[7]、[8]。这些材料的寿命非常长；例如，HDPE瓶子可持续使用约58年，管道可达1200年[9]，塑料袋约100年[10]。
真菌能够利用多种酶（如漆酶、脂肪酶、角质酶和过氧化物酶）代谢复杂的有机分子、外来物质和难降解的化学物质以获取能量[11]。一些真菌种类表现出降解塑料的能力：黑曲霉可以降解PE、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、PS和LDPE[12]、[13]，黄曲霉可以降解PP、PE和PS[14]，土曲霉可以降解LDPE[15]，柠檬青霉可以降解LDPE[16]，尖孢镰刀菌可以降解PP[17]，链格孢菌可以降解PE[18]。这些真菌存在于海洋和陆地生态系统中[19]、[20]、[21]、[22]，因此具有在各种环境中降解塑料废物的潜力。
基于铜的漆酶氧化酶可以作用于PE、PP、尼龙、邻苯二甲酸二丁酯（DBP）、邻苯二甲酸二乙酯（DEP）和双酚A（BPA）等底物中的碳-碳键和碳-杂原子键，有效降低分子量并引发降解过程[23]、[24]、[25]。脂肪酶可以水解TPs中的酯键，如PET、3PET、聚氨酯（PU）、聚己内酯（PCL）、聚丁烯琥珀酸酯（PBSA）和聚丁烯琥珀酸PBS[26]。角质酶可以催化塑料（如PCL、PET、聚醚砜（PES）、PBS和PBSA）中酯键的水解，生成乳酸、乙二醇和对苯二甲酸等单体或寡聚物[27]、[28]。过氧化物酶可以促进碳-碳键和碳-氢键的自发氧化断裂，尤其是在DBP、PE和BPA中[25]、[29]、[30]。
通过对基因或基因家族的全基因组鉴定，研究人员可以系统地研究它们的功能、结构、遗传机制和进化过程[31]。计算方法加速了数百种潜在塑料降解酶的发现，使研究人员能够优先选择高优先级的候选酶进行实验验证。
塑料废物对生物体构成了严重威胁。通过漆酶、脂肪酶、角质酶和过氧化物酶等酶的生物降解作用，为这些难以降解的热塑性塑料提供了一个有前景、环保且经济有效的解决方案[32]。尽管已知这些酶参与了塑料的分解过程，但它们的具体作用仍不甚明确。因此，全基因组研究可以提供关键的见解。本研究的目的是从选定的真菌蛋白质组中鉴定并表征这些酶，并评估它们在减少塑料污染方面的潜在作用。
数据来源和描述
为了研究链格孢菌（Aa）菌株“SRC1lrK2f” v1.0 [33]、黑曲霉（An）菌株“CBS 101883” v1.0 [34]、寄生曲霉（Ap）菌株“CBS 117618” [35]、土曲霉（At）菌株“NIH 2624” [36]、尖孢镰刀菌（Fo）菌株“Fo5176” v1.0 [37]和柠檬青霉（Pc）菌株“UNK” v1.0的蛋白质组中的漆酶（Lac）、脂肪酶（Lip）、角质酶（Cu）和过氧化物酶（Per）蛋白，我们使用了Mycocosm数据库中的蛋白质序列[38]、[39]
Aa、An、Ap、At、Fo和Pc的Lac、Lip、Cu和Per蛋白的鉴定和系统发育树构建
我们使用得分最高的比对序列（表2）[文件S1），从Aa、An、Ap、At、Fo和Pc的蛋白质组中鉴定出了56种与AfLaccase、AnLipase、FoCutinase和AtPeroxidase相关的蛋白。为了便于展示，我们将链格孢菌（Aa）、黑曲霉（An）、寄生曲霉（Ap）、土曲霉（At）、尖孢镰刀菌（Fo）和柠檬青霉（Pc）的漆酶、脂肪酶、角质酶和过氧化物酶蛋白分别命名为：AaLac、AnLac、ApLac
讨论
本研究通过使用四种已充分研究的酶（AfLaccase、AnLipase、FoCutinase和AtPeroxidase）作为查询工具，从Aa、An、Ap、At、Fo和Pc的蛋白质组中鉴定出了56种可能的塑料降解酶（漆酶、脂肪酶、角质酶和过氧化物酶，即Lac、Lip、Cu和Per）。我们进行了“计算机模拟”分析，包括保守结构域预测、亚细胞定位、基因本体论（GO）注释、顺式调控元件分析、表达谱分析和分子对接
结论
塑料污染威胁着人类生命，因为迄今为止只有9%的83亿吨塑料被回收利用。真菌酶为这一危机提供了一个有前景的、环保的解决方案。在这项“计算机模拟”分析中，我们从Aa、An、Ap、At、Fo和Pc中鉴定出了56种候选的Lac、Lip、Cu和Per蛋白，表征了它们的结构和调控特性，并评估了它们在热塑性塑料降解中的潜在作用。
CRediT作者贡献声明
Md Darun Naim：概念提出、方法设计、实验研究、数据分析、图表制作、可视化、初稿撰写、审稿与编辑。
Md Nurul Haque Mollah：监督指导。
Ahmed Imtiaj：监督指导、概念提出、方法设计、审稿与编辑。
伦理声明
本研究未涉及人类或动物实验，因此不需要伦理声明。
利益冲突声明
作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
我们感谢编辑和审稿人的宝贵意见，这些意见帮助我们提高了手稿的质量。本研究未获得特定资助。
