综述：微生物系统构建用于聚对苯二甲酸乙二醇酯降解

这篇综述系统阐述了PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）生物降解的最新进展，重点分析了酶工程（如PETase、MHETase）和合成生物学策略（全细胞催化剂、微生物群落）的创新设计，并强调了原位表征技术对动态监测的核心价值，为PET废物的绿色循环（如转化为乙二醇EG和TPA）提供了理论框架。

　　

微生物系统构建用于聚对苯二甲酸乙二醇酯降解

1. 引言

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）作为现代社会中广泛使用的塑料材料，其环境持久性和低生物降解性导致严重的生态污染。传统物理化学方法存在高能耗和二次污染问题，而生物降解因其温和高效特性成为最具前景的解决方案。自2016年发现首个以PET为唯一碳源的细菌Ideonella sakaiensis 201-F6以来，PET降解酶（如PETase、MHETase）和微生物系统的研究取得突破性进展。

2. 增强PET微生物降解的创新策略

2.1 合成生物学技术构建工程菌株

通过异源表达PET降解酶（如来源于Thermobifida fusca的TfH）优化宿主系统。大肠杆菌（Escherichia coli）和枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）是常用宿主，后者凭借强分泌能力更适合高结晶度PET降解。糖基化修饰（如毕赤酵母Pichia pastoris表达的LCC）可提升酶热稳定性，而分子伴侣共表达（如与IsPETase协同的DnaK）能维持活性中心构象。

2.2 全细胞生物催化剂的开发

全细胞催化剂避免酶纯化步骤，降低成本。例如Comamonas testosteroni CNB-1在7天内降解9% PET微塑料。表面展示技术（如酵母展示PETase-MHETase双酶系统）通过增强酶-底物接触提升效率，但大蛋白展示稳定性仍是挑战。

2.3 微生物群落的协同降解

人工构建的微生物群落通过模块化分工实现高效降解。例如Mangrovimarina plasticivorans与Rhodopseudomonas palustris协作，分别转化MHET和TPA。合成两菌系统（枯草芽孢杆菌分泌PETase+Rhodococcus jostii代谢TPA）的降解率显著高于单菌体系。

2.4 微生物-酶协同系统

直接协同（如Microbacterium oleivorans分泌Lip_19-8与T. fusca cutinase联用）可抵消EG抑制效应。间接协同中，微生物预处理使后续酶解效率提升91.4%。

2.5 微生物-功能材料系统

纳米材料（如钛酸钡）通过表面催化增强微生物活性，而水凝胶封装（如F127-BUM）保护菌群免受环境胁迫。

3. PET降解效果的多尺度表征

3.1 PET表征

表面形貌分析显示，原子力显微镜（AFM）测得UV-生物联合处理的PET粗糙度峰值达0.25 μm。化学键分析中，拉曼光谱（1730 cm^-1处C=O峰）和¹H NMR（TPA特征峰7.66 ppm）可追踪降解产物。原位技术如共聚焦拉曼显微镜能动态监测生物膜诱导的表面侵蚀。

3.2 菌株特性分析

转录组测序发现Gox0313和aldA基因主导EG向乙醇酸转化。蛋白活性检测常用对硝基苯丁酸酯水解模型，通过420 nm吸光度定量酶活。

4. PET单体的高值化转化

EG可通过工程化大肠杆菌（产量1.13 g/g）转化为乙醇酸，而TPA经Rhodococcus jostii代谢生成β-酮己二酸，用于合成聚羟基脂肪酸酯（PHA）。创新产品组合（如EG+TPA共转化生产番茄红素）正推动实验室研究向工业化迈进。

5. 总结与展望

未来研究将聚焦极端环境微生物资源开发、机器学习优化菌群比例，以及生物电化学系统在PET循环中的应用。合成生物学与代谢工程的融合有望实现塑料废物的闭环管理。