近日，德國格賴夫斯瓦爾德大學(xué)的韋韌博士團(tuán)隊(duì)在《Nature Communications》發(fā)表了題為《Standardization guidelines and future trends for PET hydrolase research》的Perspective文章。該研究聚焦于聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）水解酶的標(biāo)準(zhǔn)化研究，提出了系統(tǒng)的指南和未來發(fā)展趨勢，旨在提升酶解PET回收的效率和可比性，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的塑料循環(huán)經(jīng)濟(jì)提供支持。
隨著塑料污染問題的日益嚴(yán)重，傳統(tǒng)的機(jī)械和化學(xué)回收方式已難以滿足可持續(xù)發(fā)展的需求。酶解回收作為一種綠色、高效的回收方式，受到廣泛關(guān)注。其中，PET作為廣泛應(yīng)用于飲料瓶、纖維和食品包裝的塑料，其酶解回收研究尤為重要。然而，當(dāng)前PET水解酶的研究存在實(shí)驗(yàn)條件不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)不可比等問題，制約了該領(lǐng)域的發(fā)展。
作者在文章中指出，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)是限制PET水解酶研究進(jìn)展的主要因素。為此，作者提出了一套系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化指南，包括：
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標(biāo)準(zhǔn)化的PET底物：建議使用具有明確物理化學(xué)參數(shù)的PET底物，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可比性。
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工業(yè)相關(guān)的反應(yīng)條件：強(qiáng)調(diào)在接近工業(yè)實(shí)際條件（如高溫、高固體負(fù)載）下進(jìn)行酶活性測試，以提高研究的應(yīng)用價(jià)值。
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高通量篩選方法：推薦采用基于PET底物的高通量篩選方法，避免使用小分子替代底物，以獲得更真實(shí)的酶活性數(shù)據(jù)。
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反應(yīng)監(jiān)測與數(shù)據(jù)報(bào)告：提出應(yīng)系統(tǒng)記錄反應(yīng)過程中的pH變化、產(chǎn)物積累和底物質(zhì)量損失等數(shù)據(jù)，并以統(tǒng)一的單位報(bào)告酶活性。
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參考酶的使用：建議在實(shí)驗(yàn)中引入標(biāo)準(zhǔn)參考酶（如LCC-ICCG），以便于不同研究之間的比較。
此外，作者還強(qiáng)調(diào)了在酶工程和應(yīng)用過程中，逐步放大實(shí)驗(yàn)規(guī)模的重要性，從小規(guī)模反應(yīng)器到工業(yè)規(guī)模的逐步驗(yàn)證，有助于評(píng)估酶的實(shí)際應(yīng)用潛力。
圖一：廢舊PET酶解回收的最優(yōu)預(yù)處理工藝示意圖。
標(biāo)準(zhǔn)化研究的雙重目標(biāo)與多路徑展望
本文不僅系統(tǒng)梳理了PET水解酶研究的歷史與現(xiàn)狀，更將研究目標(biāo)細(xì)分為兩大層面：
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填補(bǔ)方法學(xué)空白——強(qiáng)調(diào)現(xiàn)有酶源發(fā)現(xiàn)、篩選、表征方法在不同應(yīng)用場景下仍存在的不足，呼吁開發(fā)更貼合工業(yè)需求的工具；
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加速工業(yè)化進(jìn)程——建議優(yōu)先選用與工業(yè)PET廢料最相似的標(biāo)準(zhǔn)化底物，并在實(shí)驗(yàn)室及中試規(guī)模嚴(yán)格模擬工業(yè)反應(yīng)條件，從而使實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有更高的可轉(zhuǎn)化性。
展望未來，團(tuán)隊(duì)描繪了一幅“三叉戟”研究藍(lán)圖：
機(jī)理突破：深入探究界面生物催化及解聚反應(yīng)中的關(guān)鍵步驟；
高效篩選：推廣無需昂貴儀器、可在絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)施的快速篩選方案；
新酶設(shè)計(jì)：擺脫對(duì)少數(shù)標(biāo)桿酶骨架的依賴，利用AI與生物信息學(xué)設(shè)計(jì)全新催化架構(gòu)。
圖二：新型PET水解酶的發(fā)現(xiàn)、改造到在工業(yè)規(guī)模塑料回收中應(yīng)用的示意流程。
結(jié)論與產(chǎn)業(yè)化新方向
文章指出，雖然已有多種定制酶在12小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)幾乎完全解聚，但要持續(xù)保持工藝競爭力，仍需在以下方面發(fā)力：
動(dòng)力學(xué)與穩(wěn)定性優(yōu)化：包括提高k??、延長半衰期、拓寬pH適應(yīng)范圍；
酶固定化與多酶配方：提升重復(fù)使用和混合塑料處理能力；
溫和工藝路線：在40–50 °C條件下延長反應(yīng)時(shí)間，以兼顧酶穩(wěn)定性和能耗；
底物預(yù)處理革新：通過調(diào)整熔融擠出與省能預(yù)處理技術(shù)，減少工藝成本。
在酶源發(fā)掘方面，研究者應(yīng)突破傳統(tǒng)同源挖掘，廣泛應(yīng)用AI與功能篩選手段，系統(tǒng)整理并免費(fèi)共享新酶及其突變體的標(biāo)準(zhǔn)化表征數(shù)據(jù)，為下一個(gè)“人工智能＋酶工程”時(shí)代奠定基礎(chǔ)。
原文鏈接https://www.nature.com/articles/s41467-025-60016-9
