分享一篇发表在Angew. Chem. Int. Ed上的文章，题为：Targeted Genome Mining Facilitates the Discovery of a Promiscuous, Hyperthermostable Amidase from Thermovenabulum gondwanense with Notable Nylon-Degrading Capacity。本文的通讯作者是来自加拿大女王大学的Graeme W. Howe。
随着塑料污染问题日益严重，全球每年有数百万吨塑料废弃物无法得到有效处理，对环境和人类健康构成威胁。传统回收技术成本高昂且效率低下，因此，开发新型生物催化降解技术成为解决塑料污染问题的重要途径。本文通过靶向基因组挖掘技术，发现了一种新型超耐热酰胺酶TvgC，该酶在尼龙降解方面展现出显著潜力。
本文作者利用靶向基因组挖掘技术，从Thermovenabulum gondwanense菌种中的基因组出发,通过构建序列相似性网络（SSN）等方法，筛选出与已知尼龙酶具有相似性的基因序列，挖掘出了一种新型超耐热酰胺酶——TvgC。作者通过结构预测与对齐的方式，展示了TvgC（灰色）与传统降解尼龙的内切水解酶NylC A（蓝色）的整体折叠具有高度相似性（图1）。
表达所得的TvgC在50°C条件下孵育48小时，可以通过自催化裂解暴露出具有催化活性的N-末端（Thr234），从而实现对尼龙等塑料底物的降解。从图2中可以观察到，分子量为34 kDa的TvgC逐渐分解为分子量分别为24 kDa和10 kDa的片段。
图2. TvgC（紫色为34 kDa全长序列，绿色为24 kDa片段）自催化裂解过程
该酶不仅具有极高的热稳定性，Tm高达93°C，而且在60°C的高温下放置一周仍能保持其水解活性，展现出卓越的热稳定性。将具有三个重复单元的尼龙6（trylong-6）和尼龙6，6（trylong-6,6）底物（96 μM）与TvgC（50 μM）共孵育后，分别在20 min和8 min内即可被完全水解（图3）。
进一步地，研究人员发现在60 °C水解10天，TvgC（139 μM）对尼龙-6薄膜的转化率可达1.2 wt%，这一转化率与当前高度工程化的尼龙酶相当，进一步验证了TvgC在塑料降解领域的巨大潜力。尼龙6-薄膜的降解产物为聚合度小于三的寡聚物。除此以外，TvgC还可以降解尼龙6, 6薄膜，在50 °C水解10天，对薄膜的转化率可达0.65 wt%，降解产物均为二聚体（图4）。
图4. UPLC-MS分析尼龙6（左）；尼龙6,6（右）薄膜降解产物。
综上所述，本文通过靶向基因组挖掘技术成功发现了一种新型超耐热酰胺酶TvgC，该酶在塑料降解领域展现出巨大的应用潜力。通过深入探究其酶学性质、结构特征和降解机制，为生物催化降解塑料技术的发展提供了新的思路和方法。
DOI: 10.1002/anie.202414842
Link: https://doi.org/10.1002/anie.202414842
