上海
編輯丨王多魚
排版丨水成文
塑料廢棄物，帶來了重大環境挑戰，尤其是聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），是當今使用量最大的飲料包裝，用于碳酸飲料、飲用水、果汁等包裝瓶，還被廣泛應用于食品、化工、藥品包裝等領域。這促使人們研究酶促生物降解技術來應對這些塑料廢棄物問題。然而，現有的 PET 水解酶，序列多樣性狹窄、性能欠佳，實際應用受限。
近日，上海人工智能實驗室青年研究員談攀聯合上海交通大學自然科學研究院/物理天文學院/張江高研院/藥學院洪亮教授團隊，在Nature Communications期刊發表了題為：Harnessing Protein Language Model for Structure-Based Discovery of Highly Efficient and Robust PET Hydrolases 的研究論文。
該研究發布了用于酶挖掘的蛋白質大模型——VenusMine，該模型融合了蛋白質語言大模型與三維結構分析，通過蛋白質序列、結構和功能之間的隱含映射規則，能在海量的蛋白數據庫中高效挖掘同源性低但功能優異的酶分子。
應用該模型，研究團隊成功發現了一系列 PET 水解酶，其中來自
Kibdelosporangium banguienseKbPETase表現出極高的催化效率和熱穩定性，其最適酶活是模板 IsPETase 的 97 倍。
該研究開發了一種基于蛋白質大模型的酶挖掘模型——VenusMine，它將蛋白質語言模型（PLM）與表示樹相結合，利用序列信息基于結構相似性來識別 PET 水解酶。
以 IsPETase 的晶體結構為模板，VenusMine 識別并聚類目標蛋白質。候選蛋白進一步通過基于蛋白質語言模型（PLM）的溶解性和熱穩定性評估進行篩選，最終選出 34 種蛋白質，然后進行進一步的生化驗證。
結果表明，在 30-60 °C的范圍內，有 14 種候選蛋白質表現出對 PET 的降解活性。值得注意的是，來自
Kibdelosporangium banguiense的 PET 水解酶 （KbPETase） 的熔解溫度 （T m ）比 IsPETase 高 32°C（該溫度越高，蛋白質熱穩定性卻強）， 并且在 30-65℃ 范圍內顯示出野生型 PET 水解酶中最高的 PET 降解活性。 KbPETase 的催化效率也超過了 FastPETase 和 LCC。
X 射線晶體學和分子動力學模擬表明，KbPETase 具有保守的催化結構域和增強的分子內相互作用，這支撐了其功能和熱穩定性的提升。
總的來說，這項研究展示了一種新穎的深度學習方法，用于發現具有增強性能的天然 PET 水解酶。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-025-61599-z
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