背景：随着人类社会的快速发展，环境污染成为人类继续解决的难题。塑料污染是环境污染的主要形式之一，给许多物种带来了致命性的危害。目前的估计表明，在全球每年生产的3.59亿吨塑料中，有1.5-2亿吨积累在垃圾填埋场或自然环境中。如此大量的塑料垃圾就这样肆无忌惮地在自然环境中飘荡，无疑是给自然环境造成了巨大灾难。因此，塑料分解与回收迫在眉睫。
塑料污染
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是最丰富的聚酯塑料，全世界每年生产近7000万吨用于纺织品和包装的PET。PET的主要回收过程是通过热机械手段，这导致了其机械性能下降，严重影响的PET的再次利用。因此，从头合成是工业生产的首选，进而进一步导致 PET废物的积累。PET具有高比例的芳香对苯二甲酸酯单元，降低了链的流动性，是一种极难水解的聚酯。虽然已有报道一些PET水解酶 ，但是它们的效率都比较低。
PET结构式
技术突破：2020年4月9日，法国图卢兹大学的Alain Marty及其同事报告说，他们设计了一种PET水解酶（leaf-branch compost cutinase, 简称LCC酶），该酶在中试规模下可以有效地将PET分解成其单体成分，只需10小时，就可使至少90％PET的解聚为单体。平均生产效率为每小时每升16.7g对苯二甲酸，比目前所报道的其他聚酯水解酶都要好。更重要的是，通过LCC酶解聚所得的纯化单体，具有与石化原料新鲜产生的单体相同的性质，因此可以重复用于制造瓶子，从而更有助于实现可持续发展目标以及循环经济的理念。
Nature杂志封面
研究过程：
（1） 问题的发现：研究人员通过将LCC酶与几种其他的PET水解酶，发现LCC酶对PET的解聚效率是其他酶的33倍。但是，当接近玻璃化转变温度，LCC酶的解聚反应在65℃下3天后停止，仅为31％PF-PET转化率水平。这意味着LCC的热稳定性最有可能成为限制因素，尽管其在溶液中游离时的熔融温度很高。为了优化解聚收率，我们试图通过酶工程来改善LCC的活性和热稳定性。
（2） 问题的解决：
为了鉴定用于诱变以提高催化活性的氨基酸残基，研究人员使用了分子对接和酶接触表面分析来研究模型底物2-HE（MHET）3在野生型LCC活性位点的结合方式。在25个此类变体中，我们选择了F243位置的变体I和W进行进一步分析。
为了提高LCC酶的热稳定性，研究人员在PET水解酶中寻找可以提高酶的热稳定性的2价金属的结合位点。最后
采用二硫键取代二价金属结合位点的策略，提高LCC酶稳定性。为了扩大工艺规模，对这四个四重变体（ICCG，ICCM，WCCG和WCCM）进行了工程试验评估。最后发现，分别在10.5小时和9.3小时内，WCCG和ICCG变体均获得了90％的解聚作用。
研究人员在生产效率和酶的成本之间做了折衷，计算得出，回收1吨PET所需的酶成本约占纯PET吨价格的4％。
结语：这种新的LCC酶在不到10 h的时间内将酶催化的PET解聚提高了90％转化率，优于目前报道的所有解聚酶。研究人员的此次发现，使得塑料分解与回收技术取得了大突破，有望在塑料的分解与回收利用上得到广泛应用。
