Page 49 - 《橡塑技术与装备》2025年1月

综述与专论
SPECIAL AND COMPREHENSIVE REVIEW

塑料技术的成熟和广泛应用。 于调整多个基因的表达水平，甚至设计合成全新的基
因组结构。这些技术在提高生物体抗逆境能力、增加
2 塑料降解生物酶的基因改造技术的科 产量、改善产品品质以及开发新型生物催化剂等方面
学发展 展现出巨大的潜力。基因改造技术为生物科学提供了
酶的基因工程改造在优化生物酶性能方面的重要 强大的工具箱，推动了从基础研究到实际应用的广泛
作用。通过基因工程手段，科学家能够精确地修改酶 进展。
的遗传编码，以增强其对特定塑料成分的识别能力和 2.1.1 塑料降解生物酶的基因改造策略
催化效率，或者使酶在极端条件如高温、高盐或酸碱 塑料降解酶基因改造的主要目标与策略旨在通过
条件下保持稳定活性，从而提高降解效率和扩大应用 精确的遗传操作来增强或改变酶的特性和功能，以适
范围。通过基因工程技术，科学家可以对酶的结构进 应特定的应用需求。这些目标通常包括但不限于提高
行精确修改，增强其对特定塑料分子的识别能力和催 酶的稳定性、优化其催化活性、扩展其底物范围、延
化效率，同时提高酶的稳定性和耐受性，延长其在复 长作用时间以及增强其在极端条件下的性能。
杂环境条件下的使用寿命。酶基因改造技术概述主要 策略上，科学家们采用多种方法，改造塑料
包括基因工程技术、蛋白质工程以及定向进化等方法。 降解生物酶的基因。此外，基因编辑技术，特别是
基因工程技术通过直接操作 DNA 序列，如定点突变、 CRISPR-Cas 系统，因其高精度和灵活性，在酶基因
同源重组或 CRISPR-Cas 系统等手段，精确修改酶基 改造中扮演着日益重要的角色。通过这些策略，研究
因，以改变酶的性质、提高酶活性或增强其稳定性。 人员能够定制酶的特性，使其更高效地参与环境友好
蛋白质工程则侧重于在氨基酸水平上对酶进行设计和 型塑料的分解过程，从而促进可持续发展的环境保护
优化，通过改变酶的三维结构，从而影响酶的催化特 策略。
性和功能。定向进化是一种模仿自然选择过程的人工 （1）定点突变
选择方法，通过引入随机变异和选择压力，使得酶在 通过基因编辑技术（如 CRISPR-Cas9 系统）对
特定环境下经过多代迭代，逐渐演化出更适应特定条 酶基因进行定点突变，以优化酶的活性、选择性或稳
件的特性。这些技术结合应用，能够显著提升酶的性 定性。例如，可以设计突变以增加酶对特定塑料的亲
能，使其在工业生产和环境治理等领域展现出更大的 和力或提高其在极端条件下的稳定性。
潜力。 （2）融合蛋白构建基因工程
2.1 塑料降解生物酶基因改的科学发展特征 增加蛋白质的稳定性、改变蛋白质的溶解性、提
基因改造技术概述涉及通过直接操作生物体的遗 高表达水平、或是用于标记、追踪蛋白质在细胞内的
传物质来改变其遗传信息，旨在增强或引入新的功能。 定位等选择融合伙伴，设计融合结构。
这一领域包括多种技术，如基因敲除、基因添加、基 （3）氨基酸序列优化
因 编 辑 以 及 蛋 白 质 表 达 调 控 等。 通 过 使 用 CRISPR- 基于结构生物学的数据，设计和合成具有优化氨
Cas9 系 统、TALENs、ZFNs 等先进工具，科学家能 基酸序列的新酶，以增强其催化性能。这可能涉及改
够精确地定位并修改 DNA 序列，实现对特定基因的 变酶的活性位点、稳定区域或底物结合区域。
精准操作。基因改造不仅限于改变单个基因，还能用 （4）酶改造工程
于调整多个基因的表达水平，甚至设计合成全新的基 利用酶工程方法，对现有的酶进行改造，包括酶
因组结构。 的嵌合体构建、酶的多酶系统设计、酶的化学修饰等，
基因改造技术概述涉及通过直接操作生物体的遗 以提高酶的性能或扩展其功能。科学家通过基因工程
传物质来改变其遗传信息，旨在增强或引入新的功能。 改造微生物中的降解酶，提高其对特定塑料（如聚乙
这一领域包括多种技术，如基因敲除、基因添加、基 烯、聚丙烯、聚苯乙烯等）的降解效率。
因编辑以及蛋白质表达调控等。通过使用 CRISPR- （5）理性改造设计
Cas9 系 统、TALENs、ZFNs 等先进工具，科学家能 基于对酶催化机制的理解，进行理性设计，直接
够精确地定位并修改 DNA 序列，实现对特定基因的 设计新的酶序列，使其具有特定的催化特性。这通常
精准操作。基因改造不仅限于改变单个基因，还能用 结合了结构生物学、分子模拟和理论化学的知识。

2025 第 51 卷 ·3·
年