[發明專利]PET降解生物催化劑及其應用

有效

• 申請號: 202010013024.6
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111100835B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 崔球;劉亞君;顏飛;韋韌
• 申請（專利權）人: 中國科學院青島生物能源與過程研究所
• 主分類號: C12N1/21
• 分類號: C12N1/21;C12N15/74;C12M1/40;C12M1/38;C12M1/02;C12M1/00;C08J11/10;C12R1/145;C08L67/02
• 代理公司: 山東康裕律師事務所 37311
• 代理人: 傅培

針對現有技術中PET塑料降解所存在的問題，本發明提供了一種新型的PET降解生物催化劑及其構建方法。所述PET降解全菌催化劑由PET酶在耐熱菌株中表達得到；所述PET酶具有SEQ NO.1的序列或與SEQ NO.1序列相似性達到99%的序列；所述耐熱菌株為熱纖梭菌。所述PET降解全菌催化劑的構建方法包括①質粒表達PET降解酶、②基因組表達PET降解酶和③表達PET降解小體。所述PET降解全菌催化劑克服了反饋抑制問題，不但降解效率顯著高于已知全菌生物降解體系，而且作為厭氧微生物，其培養條件不需要通氣和攪拌，從而顯著降低了過程成本。此外，本申請還采用一鍋法實現了混紡織物中的纖維與PET的同時降解；不但反應溫度低，不需纖維前期分離，而且降解過程中不需要額外添加碳源，具有顯著的經濟性和高效性。

技術領域

本發明屬于生物技術領域，涉及一種生物催化劑，具體涉及一種用于降解PET塑料的生物催化劑及其在含PET材料的降解中的應用。

背景技術

塑料制品為人類生活帶來了巨大的便利，但由于缺乏有效的回收和再生手段，已造成全球性的白色污染。聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）是全球使用量最大的塑料原料之一；PET塑料在包裝領域中具有廣泛的應用，如包裝膜、卷材和啤酒瓶。PET塑料瓶不僅廣泛用于包裝碳酸飲料、飲用水、果汁、酵素和茶飲料等，而且廣泛用于食品、化工、藥品包裝等眾多領域。每年中國生產的PET塑料瓶達數百億只，但當這些材料被廢棄時，卻不得不面臨著如何處理的問題。目前，主要通過熱解回收PET廢物并降級使用，即在采用高溫條件下加入化學催化劑的方法實現滌綸纖維中PET的熱解回收。這類方法的問題是：對環境二次污染，或采用昂貴催化劑，經濟效益較低。

自2005年起，PET生物降解相關的研究逐漸成為國際研究熱點。日本科學家發現微生物可以降解并利用PET生長，證實了PET生物處理的可行性（Science, 2016, 351:1196-1199）。目前，PET生物降解包括采用PET水解酶和利用PET降解微生物（全菌降解）兩種方法。其中，發明專利申請201810448773.4、201780076589.5和201910439940.3均公開了采用基因工程技術獲得PET降解酶的突變體及其應用，即首先對PET降解酶進行了改造，然后采用酶法進行PET生物降解。發明專利201710322634 .2公開了“一種結晶型塑料高效生物降解的方法 ”，該發明通過物理熔融及淬冷處理降低塑料結晶度的方法，提高酶接近和作用塑料的機率，并進一步采用絲氨酸蛋白酶或脂肪酶進行降解，從而大幅提高結晶型塑料生物降解效率。該申請在PET酶解步驟采用的也是外源添加PET水解酶的方法。采用PET水解酶的PET生物降解需要設立獨立的體系進行酶的合成，往往采用大腸桿菌等模式菌株進行發酵，需要耗費大量的碳源和氮源，同時需要具有繁瑣的細胞破碎及酶純化的步驟。因此，雖然通過蛋白工程改造和降低塑料結晶度的方法可以一定程度提高塑料的降解效率，但酶的生產成本高昂，使得采用PET水解酶的策略不具有產業上的應用前景。

采用PET降解微生物這種方法，則是通過構建基因工程改造菌株或天然菌株實現PET的生物降解。該方法可以同步實現PET水解酶的外泌生產和塑料的降解，整個過程在一個體系中完成，可以極大簡化生產步驟，降低生物催化劑制備成本。發明專利申請201710963873.6“降解PET塑料的基因工程菌”和發明專利申請201811321351.7“一種用于PET塑料降解的基因工程菌”都公開了利用大腸桿菌表達PET水解酶進行PET塑料降解的方法。Moog D. et al.公布了一種利用海洋微藻表達PET酶從而降解PET的方法（Microb cell fact. 2019, 18:171.）。上述文獻均采用中溫菌株表達低溫PET降解酶，然后進行PET的生物降解，其降解效率低。因此，提高PET降解效率是目前PET生物降解亟需解決的技術難題。