北海道大学大学院地球環境科学研究院、北海道立総合研究機構、名古屋大学および自然科学研究機構らの国際共同研究チームは、ポリエチレンテレフタレート（PET）分解酵素の性能を向上させる新技術を開発した（掲載誌：ACS Sustainable Chemistry & Engineering）。
PETは、ペットボトルや衣類などに広く使用される高分子材料であるが、自然環境下では分解されにくいため、持続可能な資源循環の実現において大きな課題となっている。こうした化学物質は、利便性の高さから社会に広く普及している一方で、廃棄後の環境負荷や循環利用の困難さが問題視されており、近年ではその代替や再資源化技術の開発が急務となっている。酵素を用いた分解技術は、従来の化学処理法に比べて環境負荷が低く、特にクチナーゼは植物由来のクチンを分解する酵素として知られ、PETとの構造類似性から分解能力を持つことが注目されている。しかし、親水性の酵素が疎水性のPET表面に効率よく吸着することは困難であり、この吸着性の低さが分解効率の向上を妨げる要因となっていた。
本技術は、PET分解酵素クチナーゼのN末端に疎水性アルキル鎖を連結することで、PETフィルムへの吸着性を高め、分解活性を最大69%向上させるものである。改変酵素は遺伝子組換えを必要とせず、簡便な化学修飾により作製可能であり、産業規模でのプラスチックリサイクルに貢献する可能性がある。
本研究では、疎水性アルキル鎖（C3、C6、C9）を含む修飾剤を用いて、クチナーゼのN末端に特異的に連結する改変技術を確立した。改変酵素は、PETフィルムに対して高い吸着性と分解活性を示し、生成されるテレフタル酸（TPA）の量が最大69%増加した。SEMやXPSによる表面分析、HS-AFMによる吸着過程の観察、分子動力学シミュレーションによる理論検証により、酵素とPETの相互作用が強化されたことが確認された。なお、本成果は、酵素改変によるプラスチック分解技術の実用化を加速するものであり、JST/JICA SATREPS「ReBiS」などの支援のもとで実施された。