基于GRAPE策略的用于塑料生物降解的PETase的计算重设计

Computational Redesign of a PETase for Plastic Biodegradation under Ambient Condition by the GRAPE Strategy

来源：ACS

IF：8.7

摘要：大自然提供了一系列奇妙的酶，它们负责基本的生化功能，但通常不适合技术应用。蛋白质工程并不满足，有望扩展具有定制特性的改良酶的应用。然而，强大蛋白质的工程仍然是一项困难的任务，因为在大多数情况下，由于上位性效应的普遍存在，正突变文库可能不合作以达到目标功能。主要需求在于确定积累突变的有效途径。在此，我们设计了一种计算策略(蛋白质工程的贪婪累积策略，GRAPE)来提高来自Sakai Ideonella的PETase。系统聚类分析与计算衍生文库中有益突变的贪婪积累相结合，使得变体DuraPETase的重新设计成为可能，该变体显示出明显的熔化温度急剧升高31℃，并且在温和温度下(超过300倍)向半结晶聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜的降解显著增强(30%)。还实现了在温和条件下将2 g/L微塑料完全生物降解为水溶性产品，这为控制无法收集的聚酯废物的生物降解以及将所得单体进一步转化为高价值分子提供了机会。晶体结构揭示了与设计模型相匹配的个体突变。同时，协同效应被捕获，而上位性相互作用在积累过程中被减轻。我们预计我们的设计策略将为酶性能的全局优化提供一个广泛适用的策略。