近日，山东大学微生物改造技术全国重点实验室李盛英教授团队联合杭州师范大学、江南大学、国家深海基地管理中心等单位，在国际综合性学术期刊Science Bulletin在线发表题为“Structural insights and engineering of deep-sea halophilic PET hydrolytic enzymes”的研究论文。山东大学微生物改造技术全国重点实验室为第一完成单位和通讯作者单位，山东大学张国强博士、杭州师范大学李鲜博士和江南大学夏伟副研究员为论文共同第一作者，江南大学吴敬教授、山东大学刘琨副研究员、杭州师范大学郭瑞庭教授和山东大学李盛英教授为论文共同通讯作者。

PET是目前应用最广泛的合成塑料之一，其废弃物高效解聚与单体回收，是实现聚酯材料资源化循环利用的重要方向，而PET水解酶为这一过程提供了温和、可持续的生物催化路径。前期研究中，李盛英教授团队从深海宏基因组中发现了3种具有显著盐依赖催化特征的PET水解酶dsPETase01、dsPETase05和dsPETase06，并于2024年发表于Nature。本研究进一步解析了这3种酶的高分辨率晶体结构，发现其均具有典型的α/β水解酶折叠，但在关键催化位点和结构元件上存在明显差异。其中，催化性能最优的dsPETase05具有独特的氧阴离子穴、底物结合区域、二硫键构型以及靠近活性中心的延伸环区，功能表征进一步证实了这些结构元件对维持酶活性和稳定性的重要作用。

进一步结构分析发现，dsPETase05的C端区域富集酸性氨基酸残基。通过C端结构域交换和定点突变，证实该酸性区域是影响盐适应性的重要结构因素，并鉴定出D273是维持dsPETase05嗜盐活性的关键残基。分子动力学模拟表明，高盐环境可诱导dsPETase05形成更加刚性和紧凑的催化口袋，有助于维持关键底物识别残基的空间排布和稳定的底物结合，从而揭示了其适应高盐环境的重要分子基础。

为挖掘深海嗜盐PET水解酶的催化潜力，团队通过多种策略对dsPETase05开展酶工程改造。通过基于Transformer架构的AI模型预测、高通量筛选、关键位点饱和突变、二硫键工程及组合突变，获得了兼具活性和稳定性提升的突变体。PET粉末降解实验进一步表明，优化获得的酶能够在高盐条件下持续催化PET水解，展现出在高离子强度环境中进一步开发应用的潜力。

该研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省重点研发计划（竞争性创新平台）项目、山东省自然科学基金、青岛市自然科学基金以及微生物改造技术全国重点实验室前沿与挑战项目等资助。山东大学微生物改造技术全国重点实验室生命环境研究公共技术平台为该研究提供了重要技术支持。