近日，我所海洋生物遗传资源重点实验室郭文斌研究团队在Nature系列期刊Communications Biology 上发表了题为”Biodegradation of PET by the membrane-anchored PET esterase from the marine bacterium Rhodococcus pyridinivorans P23”的研究论文。论文以海洋PET塑料降解细菌Rhodococcus pyridinivorans P23为研究对象，通过PET塑料降解酶的活性追踪，发现该菌的PET塑料降解酶，阐明该酶的酶学性质，提出该菌以生物膜(biofilm)形式附着在PET塑料降解PET塑料进行繁殖生长的过程和分子机制。研究显示海洋微生物在海洋塑料污染自然修复中的巨大潜力。

研究背景：

目前，PET塑料降解菌和降解酶有较多的研究报道，然而海洋环境中PET塑料降解菌和降解酶的研究报道较少，海洋环境中PET塑料的降解过程和机制也还不清楚。此前，人们已经认识到微生物在塑料表面形成生物膜是一种普遍现象，然而对附着微生物是否降解塑料进行生长，以及生物膜降解塑料的过程和机制尚不清楚。

研究结论：

（1）R. pyridinivorans P23的PET塑料降解酶为酯酶esterase (OQN32_06240)，大小约为34 kDa，以单跨膜形式展示在细胞膜上，可以避免丢失到海洋环境中，序列比对发现PET降解酶(OQN32_06240)与已知的PET降解酶在进化距离上都相差较远，属于α/β_hydrolase_3亚家族，具有较高的序列新颖性，而目前已经报道的PET降解酶包括Is-PETase大多属于α/β_hydrolase_5亚家族。

（2）PET酯酶OQN32_06240的大肠杆菌异源表达纯化酶以及菌体细胞催化剂（利用表面展示的酶）均可以降解PET塑料产生BHET、MHET和TPA，也可以水解BHET产生MHET，最重要的是可以在酸性条件下水解MHET产生TPA供菌体代谢利用。

（3）由此我们提出一种海洋微生物降解PET塑料的模型，第一步，R. pyridinivorans P23在PET塑料表面附着；第二步，R. pyridinivorans P23利用细胞膜上展示的组成型表达的PET酯酶OQN32_06240对PET塑料进行降解产生MHET，产生的MHET具有一定的弱酸性使得R. pyridinivorans P23与PET塑料之间的微环境变酸；第三步，酸性环境激发PET酯酶OQN32_06240的MHET水解酶活性进一步水解MHET产生TPA；第四步，TPA被转运到细胞内进行降解利用。通过R. pyridinivorans P23在PET塑料膜表面的附着和代谢形成生物膜，生物膜在PET降解中起到两个关键作用，一是阻隔外界碱性的海水保持生物膜微环境酸性，从而激发PET酯酶的MHET水解活性；二是保留住PET降解产生的MHET、TPA、EG供生物膜代谢利用。由于MHET从PET塑料膜表面降解产生，从PET膜的表面到生物膜的表面形成一个物质和pH梯度，越靠近PET塑料膜表面的菌体细胞越容易获得代谢产物进行生长和繁殖，从而保证高活力的新菌和酶直接接触PET进行降解。

研究意义：

该研究阐明了海洋环境中微生物以生物膜形式降解PET塑料的过程和分子机制，提示海洋微生物在海洋塑料污染自然修复中的巨大潜力。

该论文第一完成单位为自然资源部第三海洋研究所，郭文斌副研究员为论文第一作者兼通讯作者。该研究得到自然资源部第三海洋研究所基本科研业务费、福建省自然科学基金及厦门市青年创新基金项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s42003-023-05470-1 or https://www.nature.com/articles/s42003-023-05470-1.pdf.