[发明专利]PET降解生物催化剂及其应用

说明书

针对现有技术中PET塑料降解所存在的问题，本发明提供了一种新型的PET降解生物催化剂及其构建方法。所述PET降解全菌催化剂由PET酶在耐热菌株中表达得到；所述PET酶具有SEQ NO.1的序列或与SEQ NO.1序列相似性达到99%的序列；所述耐热菌株为热纤梭菌。所述PET降解全菌催化剂的构建方法包括①质粒表达PET降解酶、②基因组表达PET降解酶和③表达PET降解小体。所述PET降解全菌催化剂克服了反馈抑制问题，不但降解效率显著高于已知全菌生物降解体系，而且作为厌氧微生物，其培养条件不需要通气和搅拌，从而显著降低了过程成本。此外，本申请还采用一锅法实现了混纺织物中的纤维与PET的同时降解；不但反应温度低，不需纤维前期分离，而且降解过程中不需要额外添加碳源，具有显著的经济性和高效性。

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种生物催化剂，具体涉及一种用于降解PET塑料的生物催化剂及其在含PET材料的降解中的应用。

背景技术

塑料制品为人类生活带来了巨大的便利，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。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是全球使用量最大的塑料原料之一；PET塑料在包装领域中具有广泛的应用，如包装膜、卷材和啤酒瓶。PET塑料瓶不仅广泛用于包装碳酸饮料、饮用水、果汁、酵素和茶饮料等，而且广泛用于食品、化工、药品包装等众多领域。每年中国生产的PET塑料瓶达数百亿只，但当这些材料被废弃时，却不得不面临着如何处理的问题。目前，主要通过热解回收PET废物并降级使用，即在采用高温条件下加入化学催化剂的方法实现涤纶纤维中PET的热解回收。这类方法的问题是：对环境二次污染，或采用昂贵催化剂，经济效益较低。

自2005年起，PET生物降解相关的研究逐渐成为国际研究热点。日本科学家发现微生物可以降解并利用PET生长，证实了PET生物处理的可行性（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）两种方法。其中，发明专利申请201810448773.4、201780076589.5和201910439940.3均公开了采用基因工程技术获得PET降解酶的突变体及其应用，即首先对PET降解酶进行了改造，然后采用酶法进行PET生物降解。发明专利201710322634 .2公开了“一种结晶型塑料高效生物降解的方法 ”，该发明通过物理熔融及淬冷处理降低塑料结晶度的方法，提高酶接近和作用塑料的机率，并进一步采用丝氨酸蛋白酶或脂肪酶进行降解，从而大幅提高结晶型塑料生物降解效率。该申请在PET酶解步骤采用的也是外源添加PET水解酶的方法。采用PET水解酶的PET生物降解需要设立独立的体系进行酶的合成，往往采用大肠杆菌等模式菌株进行发酵，需要耗费大量的碳源和氮源，同时需要具有繁琐的细胞破碎及酶纯化的步骤。因此，虽然通过蛋白工程改造和降低塑料结晶度的方法可以一定程度提高塑料的降解效率，但酶的生产成本高昂，使得采用PET水解酶的策略不具有产业上的应用前景。

采用PET降解微生物这种方法，则是通过构建基因工程改造菌株或天然菌株实现PET的生物降解。该方法可以同步实现PET水解酶的外泌生产和塑料的降解，整个过程在一个体系中完成，可以极大简化生产步骤，降低生物催化剂制备成本。发明专利申请201710963873.6“降解PET塑料的基因工程菌”和发明专利申请201811321351.7“一种用于PET塑料降解的基因工程菌”都公开了利用大肠杆菌表达PET水解酶进行PET塑料降解的方法。Moog D. et al.公布了一种利用海洋微藻表达PET酶从而降解PET的方法（Microb cell fact. 2019, 18:171.）。上述文献均采用中温菌株表达低温PET降解酶，然后进行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生物降解亟需解决的技术难题。