来源：DeepTech深科技
图丨传统 PET 生物降解工艺及新工艺的流程图（来源：该团队）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。
图丨基于宿主筛选和副产物循环（来源：Bioresource Technology）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%。
图丨需钠弧菌和大肠杆菌表达 PET 水解酶的能耗对比（来源：该团队）
图丨需钠弧菌和大肠杆菌表达 PET 水解酶的成本对比（来源：该团队）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。
图丨在含盐废水基培养基中培养需钠弧菌并表达 PET 水解酶（来源：Bioresource Technology）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。
参考资料：1.Zhou,Y.,Shen,B.,You,S., et al. Development of a novel “4E” polyethylene terephthalate bio-recycling process with the potential for industrial application: Efficient, Economical, Energy-saving, and Eco-friendly.BioresourceTechnology 129913(2023). https://doi.org/10.1016/j.biortech.2023.129913
PET天津大学生物 
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