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AI+酶工程8h可回收近99%聚氨酯塑料
  來源：北京化工大學官網、中國科學院微生物研究所官網   編輯：塑膠工業   瀏覽次數：11231  發布時間：2026年04月23日 10:47:16
[導讀] 北京化工大學吳邊團隊與中國科學院微生物研究所崔穎璐團隊合作，借助人工智能驅動的微生物酶資源挖掘策略，成功發現了一種新型脲酶AbPURase。
 （綜合：《Science》、北京化工大學官網、中國科學院微生物研究所官網）


摘要：北京化工大學吳邊團隊與中國科學院微生物研究所崔穎璐團隊合作，借助人工智能驅動的微生物酶資源挖掘策略，成功發現了一種新型脲酶AbPURase。該酶具有優異的有機溶劑耐受性，在高濃度醇解反應介質中仍能保持極高催化活性與穩定性，與工業聚氨酯醇解工藝高度兼容。該成果首次實現了在工業條件下聚氨酯的規?；锝饩郏瑸榫郯滨ニ芰系木G色循環利用提供了高效、可持續的新路徑。2025年10月30日，相關研究成果發表于《Science》。


聚氨酯塑料作為一種高分子聚合物，被廣泛應用于汽車制造、絕緣材料、礦山機械及建筑工程等領域。理論上，可通過水解等化學方法將其解聚，回收原始單體實現循環利用，但這類材料具有高度交聯的三維網絡結構，導致其解聚過程條件苛刻，嚴重制約了其閉環再生的產業化進程。為實現聚氨酯的生物酶解，關鍵在于開發能夠高效水解氨基甲酸酯鍵的脲酶。


基于此，研究人員開發了基于圖神經網絡的酶挖掘工具GRASE（GNN-based Recommen-dation of Active and Stable En-zymes）。該工具通過估算蛋白質序列與結構之間的似然性，預測蛋白質穩定性；并利用圖神經網絡提取催化口袋中氨基酸的局部微環境與整體結構信息，通過在高維空間中計算不同催化口袋特征向量之間的余弦相似度以度量其功能相似性，從而實現對酶底物特異性與反應偏好性的精細推斷。


研究人員利用GRASE工具，從宏基因組數據中成功挖掘到多個具有氨基甲酸酯降解活性的酶，其中來源于脂環酸芽孢桿菌屬的AbPURase酶表現出全方位的優異特性。該酶具有一個V形活性口袋，該結構由一個緊密的疏水核心及多個脯氨酸殘基所穩定的蓋結構域構成。這一獨特的結構不僅有助于酶與底物的結合，還有效阻隔了有機溶劑分子向活性中心的滲透，從而保障AbPURase在高濃度有機溶劑中結構和功能的完整性。


得益于其獨特的天然結構特性，AbPURase酶在工業醇解工藝中的高濃度二乙二醇環境中，活性高達已報道脲酶的465倍，顯示出卓越的催化效率和極強的有機溶劑耐受性。在模擬工業化反應條件的千克級商業聚醚型聚氨酯泡沫降解實驗中，AbPURase在8h內實現了98.6%的底物轉化率，降解單體TDA及醇解劑DEG的回收率分別高達94.7%和98.5%。此外，AbPURase還表現出優異的操作穩定性，可在多輪循環中維持高降解活性，顯示出該酶的工業應用潛力。

 


圖片1不同酶活性位點口袋的局部結構差異凸顯了蓋結構在催化性能中的關鍵作用

（圖片來源：《Science》）


該研究不僅為塑料循環利用提供了具備工業應用潛力的解決方案，還推動了人工智能在工業酶開發領域的智能化進程。