塑料废物降解迫在眉睫！结构生物学——利用蜡虫唾液降解塑料，塑料废物管理是一个紧迫的生态、社会和经济挑战，人们寻求多种化学生物学策略来促进生物降解。在《科学进展》上的一份新报告中，梅赛德斯·斯皮诺拉·阿米利比亚 (Mercedes Spinola-Amilibia) 和西班牙的结构和化学生物学、分子生物学和微生物生物学研究小组利用鳞翅目大蜡螟幼虫的唾液，在数小时内氧化和解聚聚乙烯在室温下。

大蜡螟唾液的冷冻电子显微镜 (cryo-EM) 分析。唾液被稀释并直接应用于碳涂层的冷冻电镜网格上。单颗粒分析表明蜡虫（ww）口腔分泌物由四种蛋白质形成的三个主要寡聚复合物组成。ptcls，颗粒；sym，对称。图片来源：《科学进展》，doi：10.1126/sciadv.adi6813

　　研究小组使用冷冻电子显微镜(cryo-EM) 直接分析了原生来源的微生物唾液。基于 3D 重建，他们揭示了口腔分泌物的成分属于四种可以氧化和降解聚乙烯的六聚体。

　　利用冷冻电镜数据和 X 射线分析，他们发现蛋白质自组装成三种具有明显结构差异的大分子复合物，以调节其活性。结果表明探索六聚体在体内生物技术功能方面的可能性。

　　鉴定唾液蛋白质成分的实验——Demetra、Cibeles、Ceres 和 Cora

　　Spinola-Amilibia 及其同事利用冷冻电镜分析首次揭示了鳞翅目唾液中发现的主要蛋白质的分子组织和组成。质谱数据显示该级分含有属于六聚体/酚氧化酶 (PO) 超家族的蛋白质混合物。

arylphorins Demetra 和 Cibeles 的三维结构。(A) 重建中不同单体的等效区域的详细信息，表明电子显微镜 (EM) 图的质量可以区分和构建 Demetra 和 Cibeles 的结构。(B) Demetra 和 Cibeles 形成的 3:3 三聚体二聚体的两个正交视图。蛋白质显示为表面代表，糖基化显示为棒。每个三聚体的一个单体突出显示为固体表面。(C) Demetra-Cibeles 二聚体的详细视图（右）。插图：显示寡糖的 EM 密度和模型的特写区域。(D) Cibeles 均六聚体的晶体结构。图片来源：《科学进展》，doi：10.1126/sciadv.adi6813

　　由于这种蛋白质类型形成的复合物具有高分子量，该团队首先使用冷冻电镜直接分析口腔分泌物，以探索塑料降解的 3D 结构和性质。结果显示颗粒干净且对比度良好。基于冷冻电镜图谱的测序揭示了由不同蛋白质组成的四个亚群，然而，由于这些蛋白质难以识别且其催化剂性质尚不清楚，因此根据之前的工作对它们进行命名。

　　生物学家将第一个蛋白质亚群命名为 Demetra 和 Cibeles。第二组对应于六聚体谷神星，他们将第三个重建体命名为科拉。研究小组展示了其中两种六聚体氧化和降解聚乙烯的可能性。顺便说一句，所有四种蛋白质都具有显着的序列相似性，并且属于六聚体家族，该家族活性位点的序列不保守。

　　Demetra 和 Cibeles 成熟形式的自关联与 Ceres 和 Cora 的结构分析

　　该团队尝试对蛋白质进行初步 3D 分类，尽管由于需要额外处理的异质性，这并不容易。经过仔细检查原子模型，科学家们揭示了Cibeles 和 Demetra 二聚体之间复杂的分子相互作用。

谷神星的冷冻电子显微镜（cryo-EM）重建。(A) 同六聚体的整体组织。蛋白质被描绘成表面，糖基化被描绘成棒。六个单体之一突出显示为固体表面。(B) 谷神星单体的两个视图。金属离子显示为黑色球体。插图：一种金属离子配位的特写视图。(C) 描绘在谷神星单体核心和一些周围残基处发现的细长密度（在阈值 0.020 下可视化）。图片来源：《科学进展》，doi：10.1126/sciadv.adi6813

　　结果强调了 Demetra 与大蜡螟唾液中的 Cibeles 结合形成异二聚体三聚体的能力。接下来，科学家们将谷神星探索为一种金属结合六聚体。唾液中鉴定出的一种具有聚乙烯降解活性的蛋白质。Ceres 与 Demetra 和 Cibeles 具有相似的结构，尽管它自配成同源六聚体，并且充当糖基化金属结合六聚体，具有与有机分子结合的能力。另一方面，Cora 是一种富含蛋氨酸的六聚体，在鳞翅目唾液蛋白中含量最丰富，已通过冷冻电镜颗粒得到证实。

　　降解聚乙烯

　　生物化学家此前已证明 Demetra 和 Ceres 具有不同程度降解聚乙烯的能力。例如，当他们使用 5 μL 纯化的重组蛋白 Cora 来测试其氧化聚乙烯的能力时，他们通过共焦拉曼显微镜或光谱法注意到了聚合物-塑料的氧化。灭活的 Cora 不会改变 PE 薄膜，Cora 与 Demetra 和 Ceres 一起有效降解聚乙烯。

　　外表

　　通过这种方式，Mercedes Spinola-Amilibia 及其同事强调了在鳞翅目大蜡螟唾液中发现的主要前体的组成和分子组织。通过对原始样本进行冷冻电镜分析，该团队获得了有价值的信息。

　　通过 3D 重建，他们揭示了口腔分泌物含有四种高度相关的蛋白质的混合物，它们的比例不同，具有显着的结构特征，分别为 Demetra、Cibeles、Ceres 和 Cora，其中 Demetra、Ceres 和 Cora 三联体显示出足够的降解能力聚乙烯。

　　这项工作强调了聚乙烯降解活性与蜡虫唾液中发现的六聚因子的功能可塑性和生物技术潜力相对应。这些因素为生物系统的更广泛应用提供了新的线索，以超越微生物现有的生物降解能力来管理塑料废物。

　　该研究主要详细介绍了化合物的分子结构，以促进塑料生物降解性新兴领域的发展。研究人员的目标是将 X 射线晶体学和冷冻电镜分析结合起来，揭示丰富而复杂的景观以及一组能够在生命科学中受到更多关注的无脊椎动物蛋白质。未来的研究将揭示蛋白质功能的进化基础，以整合高效的天然酶诱导的塑料回收和塑料降解工作。