上海
撰文丨王聰
編輯丨王多魚
排版丨水成文
熱固性聚氨酯塑料，被廣泛應(yīng)用于汽車制造、絕緣材料、礦山機械及建筑工程等領(lǐng)域，這類材料通過化學(xué)交聯(lián)形成穩(wěn)定三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不溶于溶劑且難以熔融重塑。其回收利用受到化學(xué)交聯(lián)結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的氨基甲酸酯化學(xué)鍵的阻礙。盡管化學(xué)酶法顯示出前景，但已知的氨基甲酸酯酶對其分解效率仍然不高。
2025 年 10 月 30 日，北京化工大學(xué)/中國科學(xué)院微生物研究所吳邊研究員、崔穎璐研究員團隊（陳艷春、孫瑨原、石珂?zhèn)?/strong>為論文共同第一作者），在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Science上發(fā)表了題為：Glycolysis-compatible urethanases for polyurethane recycling 的研究論文。
該研究開發(fā)了一種用于篩選具有潛在活性酶的基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNN）的框架——GRASE（GNN-based Recommendation of Active and Stable Enzyme）。
研究團隊利用GRASE鑒定出了一種活性極高的氨基甲酸酯酶——AbPURase，該酶具有優(yōu)異的有機溶劑耐受性，在高濃度醇解反應(yīng)介質(zhì)中仍能保持極高催化活性與穩(wěn)定性，與工業(yè)聚氨酯醇解工藝高度兼容。其能夠在 8 小時內(nèi)實現(xiàn)對商業(yè)化的聚氨酯材料的幾乎完全降解，GRASE 框架還有助于識別用于化學(xué)工業(yè)和和聚合物回收工業(yè)的酶。
最近，在用于降解聚合物中酯鍵的水解酶的發(fā)現(xiàn)和工程改造方面取得了重大進展。然而，像聚氨酯中那樣更難降解的化學(xué)鍵則帶來了更多挑戰(zhàn)。
在這項最新研究中，研究體開發(fā)了GRASE（GNN-based Recommendation of Active and Stable Enzyme），這是一個基于圖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（GNN）的框架，它結(jié)合了自監(jiān)督學(xué)習(xí)和監(jiān)督學(xué)習(xí)，用來識別高效且與糖酵解兼容的氨基甲酸酯酶。
在GRASE識別推薦的酶中，源自脂環(huán)酸芽孢桿菌屬（
Alicyclobacillus sp.） 的AbPURase在 6 摩爾二甘醇中的活性比已知的氨基甲酸酯酶高出兩個數(shù)量級（465 倍），能夠在 8 小時內(nèi)實現(xiàn)千克級商業(yè)化聚氨酯的近乎完全解聚。結(jié)構(gòu)分析表明， 緊密排列的疏水核心和由脯氨酸穩(wěn)定的 Lid Loop 結(jié)構(gòu)可能賦予了
AbPURase 在苛刻溶劑中的穩(wěn)定性和高效性。
這項研究成果首次實現(xiàn)了在工業(yè)條件下聚氨酯的規(guī)?；锝饩?，為聚氨酯塑料的綠色循環(huán)利用提供了高效、可持續(xù)的新路徑，也突顯了人工智能（AI）對加速具有工業(yè)應(yīng)用潛力的生物催化劑的巨大潛力。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adw4487
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