バイオリサイクルに革新:PET分解酵素の活性を69%向上〜疎水性アルキル鎖をN末端に連結する簡便な酵素改変技術を開発〜

2025-10-20  北海道大学,名古屋大学,自然科学研究機構,北海道立総合研究機構

北海道大学の小野田晃教授ら(名古屋大学、自然科学研究機構、北海道立総合研究機構との共同研究)は、PET(ポリエチレンテレフタレート)分解酵素クチナーゼの活性を69%向上させる新技術を開発した。研究チームは、クチナーゼのN末端に疎水性アルキル鎖を化学的に連結し、PET表面への吸着性を高めることで分解効率を劇的に向上させた。遺伝子組換えを必要としない簡便な化学修飾法により、天然酵素構造を保持したままPET加水分解を促進。改変酵素は、テレフタル酸(TPA)生成量を最大69%増加させ、SEM観察ではPETフィルム表面の顕著な分解が確認された。また、高速原子間力顕微鏡観察では、改変酵素が天然酵素よりも安定かつ効率的にPET表面へ吸着する様子が可視化された。本成果は、酵素構造を大きく改変せずに分解性能を高める革新的アプローチであり、他のプラスチック分解酵素にも応用可能。持続可能なプラスチックリサイクル実現に向けた重要な技術的進展として期待される。

バイオリサイクルに革新:PET分解酵素の活性を69%向上〜疎水性アルキル鎖をN末端に連結する簡便な酵素改変技術を開発〜
PET分解酵素のN末端に疎水性アルキル鎖を連結した改変酵素は、PET加水分解の活性を大幅に向上。

<関連情報>

N末端に疎水性部位を連結したクチナーゼによるポリエチレンテレフタレートの吸着促進と酵素分解の向上 Enhanced Adsorption and Enzymatic Hydrolysis of Polyethylene Terephthalate by Cutinase with an N-Terminal Hydrophobic Tether

Md Sadikur Rahman Shuvo,Doris Ribitsch,Georg M. Gübitz,Shuichiro Seno,Takayuki Uchihashi,and Akira Onoda
ACS Sustainable Chemistry & Engineering  Published: October 5, 2025
DOI:https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.5c05212

Abstract

The environmental challenges presented by plastic waste, particularly poly(ethylene terephthalate) (PET), necessitate innovative biodegradation strategies. The cutinase from Thermobifida cellulosilytica, Thc_Cut1 (Cut), was site-specifically conjugated with alkyl tethers of varying lengths (C3, C6, C9) through 1H-1,2,3-triazole-4-carbaldehyde (TA4C) derivatives. These conjugations were designed to enhance affinity for PET by adjusting the enzyme’s hydrophobicity. The enzyme kinetic parameters of both conjugated and unconjugated cutinases revealed that the modifications have a minimal impact on catalytic activity. However, a significant improvement in the PET hydrolysis efficiency was observed. Specifically, hexyl and nonyl TA4C-containing cutinase displayed notable increases in terephthalic acid (TPA) release, exceeding the performance of unconjugated cutinase by 65% and 69%, respectively. Scanning electron microscopy and water contact angle measurements confirmed the enhanced erosion and hydrophilicity of the PET surface following the enzyme treatment. Increased enzyme adsorption on the PET surface for C6–Cut and C9–Cut was validated by X-ray photoelectron spectroscopy. Moreover, high-speed atomic force microscopy demonstrated faster and more stable adsorption of C6–Cut and C9–Cut on PET surfaces compared with the slower adsorption of unconjugated cutinase. Additionally, molecular dynamics simulations indicate a higher affinity of conjugated cutinase for PET film. These results suggest that conjugating an alkyl tether to the N-terminus strengthens the interaction between cutinase and PET, improving hydrolysis.

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