天大团队开发PET生物回收新工艺，将发酵产酶成本降低47.9%

白色污染的日益增长造成了严重的环境问题，聚对苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene glycol terephthalate，PET）生物降解由于其绿色清洁的特性，在解决白色污染问题方面受到广泛关注。然而，污染、高能耗和大量淡水消耗等因素，迄今仍然制约着传统工业生物技术的发展。

近期，天津大学酶工程与技术课题组基于底盘细胞筛选和副产物循环再利用，设计了一种新型的 PET 生物回收工艺。这种新型 PET 生物降解工艺具有高效、经济、节能和环保的多重优势，为解决 PET 生物回收工业化中的瓶颈问题提供新思路，助力 PET 再生向产业化发展更进一步。

近日，相关论文以《开发一种具有工业应用潜力的新型“4E”PET 生物回收工艺：高效、经济、节能、环保》（Development of a novel “4E” polyethylene terephthalate bio-recycling process with the potential for industrial application: Efficient, Economical, Energy-saving, and Eco-friendly）为题发表在 Bioresource Technology[1]。天津大学博士研究生周煜、硕士研究生沈博文和尤生萍副研究员为该论文共同第一作者，齐崴教授为论文通讯作者。

在生物技术领域，清华大学陈国强教授课题组通过嗜盐菌直接生产聚羟基脂肪酸酯（polyhydroxyalkanoates，PHA）。受此启发，该团队将这种思路应用在 PET 再生领域，并针对特定的应用场景做了工艺的创新。他们基于前期已有的科研成果：可产业化的高性能酶组装体和废弃 PET 酶法再生的全流程工艺，包括酶的改造、底盘细胞的优化、发酵工艺的优化及降低成本，该研究重点在于底盘细胞筛选环节。

新工艺的底盘细胞采用嗜盐需钠弧菌（V.natriegens），与大肠杆菌相比，其蛋白质表达水平增加了 87.3%。与此同时，V.natriegens 的高盐培养条件抑制了杂菌生长，能够实现在开放条件下培养，从而简化了高压灭菌的复杂工艺，并使能源和淡水消耗降低。

从产业化的角度来看，PET 酶体系的市场规模目前整体处于中试阶段，因此，现阶段科研人员致力于针对每个环节的技术，进行逐一突破和提升。该领域在提升酶性能方向已有相关进展，但是，对于从工艺角度如何降本增效鲜有报道。

该工艺通过海水代替淡水资源作为培养基成分，并在无菌条件下进行发酵，协同新型底盘的高蛋白表达能力。从节能和降本的角度，分别实现了能耗降低 2.48 倍和发酵产酶成本降低 47.9%。

通过底盘细胞的筛选以及发酵环境的特性，不需要灭菌和填加抗生素培养，研究人员对 V.natriegens 进行观察，发现其 PET 水解酶表达水平及活性无异于无菌条件。

此外，从全流程的工艺上，将后端的副产物钠盐也同步利用起来，相当于做了一个完整的“循环”。具体来说，通过巧妙地循环利用苯二甲酸纯化的大量含盐废水，来培养需 V.natriegens，避免了副产物资源浪费和废水的二次污染。

一方面，该研究实现的前提是改造酶性能的大幅度提升，另一方面，需要将整个全循环做完，这项工作才有特定的意义。但是，同时将这两方面突破并不容易，需要将改造的 DNA 序列导入到特定的底盘细胞上，不仅对底盘细胞提出了背景清晰、遗传操作简便、快速繁殖、稳定表达的严格要求。并且，这属于基因工程的技术，存在转化失败、生物元件不适配、蛋白折叠错误等可能性。

为此，研究人员尝试了很多种方法，以使目标序列很好地通过特定的技术导到底盘细胞中，以及让 DNA 序列在底盘序列中进行高效的转录和翻译，最终实现了高效地表达酶蛋白。

尤生萍表示，“我们通过开发新工艺，不仅聚焦于发酵环节，而是从发酵到终端产品输出，从整体产业化的角度去思考，进而将整个工艺的流程打通。”

据介绍，该研究为源天生物科技公司与天津大学酶工程课题组联合研发。该团队近期的重点研究方向集中在两个方面。一方面，通过研究酶改造和性能进一步提升，包括酶分子模拟与理性设计、PET 酶二级结构的拆解和三级结构再组装；另一方面，促进全流程工艺的落地以及规模的放大，为万吨量级的产业化做准备。

“目前，在产业化方面，我们已经实践了再生 PET 的聚合，即从废弃 PET 到终端的全新再生 PET 全流程。接下来，我们计划将全流程工作做得更扎实，将相关参数和数据通过工艺升级和评估达到产业化标准，然后进一步放大生产。”尤生萍最后说道。