Ideonella sakaiensis - Ideonella sakaiensis

Ideonella sakaiensis
Vědecká klasifikace
Doména:
Bakterie
Kmen:
Proteobakterie
Třída:
Betaproteobakterie
Objednat:
Burkholderiales
Rodina:
Comamonadaceae
Rod:
Ideonella
Druh:
I. sakaiensis
Binomické jméno
Ideonella sakaiensis
Yoshida a kol. 2016[1]

Ideonella sakaiensis je bakterie z rod Ideonella a rodina Comamonadaceae schopný rozebrat a spotřebovávání plastu polyethylentereftalát (PET) jako jediný zdroj uhlíku a energie. Bakterie byla původně izolována ze vzorku sedimentu odebraného mimo a plastová láhev recyklace zařízení v Sakai, Japonsko.[2]

Objev

Ideonella sakaiensis byl poprvé identifikován v roce 2016 týmem vědců vedeným Kohei Odou z Kjótský technologický institut a Kenji Miyamoto z Keio University po odběru vzorku sedimentu kontaminovaného PET v blízkosti zařízení na recyklaci plastových lahví v Japonsku.[2] Bakterie byla izolována z konsorcia mikroorganismů ve vzorku sedimentu, včetně prvoky a droždí - jako buňky. Ukázalo se, že celá mikrobiální komunita mineralizovat 75% degradovaného PET na oxid uhličitý, jakmile byl původně degradován a asimilovaný podle I. sakaiensis.[2]

Charakterizace

Ideonella sakaiensis je Gramnegativní, aerobní a ve tvaru tyče. Nevytváří výtrusy. Buňky jsou pohyblivé a mají jedinou bičík. I. sakaiensis také pozitivní testy na oxidáza a kataláza. Bakterie roste při rozmezí pH 5,5 až 9,0 (optimálně při 7 až 7,5) a teplotě 15–42 ° C (optimálně při 30–37 ° C). Kolonie I. sakaiensis jsou bezbarvé, hladké a kruhové. Jeho velikost se pohybuje od 0,6 do 0,8 μm na šířku a 1,2 až 1,5 μm na délku.[3] Bylo prokázáno, že bakterie roste na povrchech PET v komunitě s jinými I. sakaiensis buňky přilnutím k PET a dalším buňkám s tenkými přídavky. Tyto doplňky mohou také fungovat k vylučování enzymů degradujících PET na povrch PET.[2]

Prostřednictvím fylogenetické analýzy se ukázalo, že tento druh je součástí rodu Ideonella, ale vlastnil významně odlišný genom než jiné známé druhy rodu, včetně Ideonella dechloratans a Ideonella azotifigens, což odůvodňuje jeho klasifikaci jako nového druhu.[3]

Degradace a asimilace PET

Ideonella sakaiensis buňky ulpívají na povrchu PET a používají vylučovaný PET hydroláza nebo PETase, aby se PET rozložil na kyselina mono (2-hydroxyethyl) tereftalová (MHET), a heterodimer složen z kyselina tereftalová (TPA) a ethylenglykol. The I. sakaiensis PETáza funguje hydrolyzováním esterových vazeb přítomných v PET s vysokou specificitou. Výsledný MHET je poté degradován na lipidem kotvený enzym MHET hydrolázy na své dvě monomerní složky nebo MHETáza, na vnější membráně buňky.[2] Ethylenglykol je snadno absorbován a používán I. sakaiensis a mnoho dalších bakterií.[2][4] Kyselina tereftalová, vzpurnější sloučenina, se dováží do I. sakaiensis buňka prostřednictvím transportního proteinu kyseliny tereftalové. Jakmile se v buňce molekula aromatické tereftalové kyseliny oxiduje 1,2-dioxygenáza kyseliny tereftalové a 1,2-dihydroxy-3,5-cyklohexadien-1,4-dikarboxylátdehydrogenáza do katechol středně pokročilí. Katecholový kruh je poté štěpen PCA 3,4-dioxygenáza předtím, než je sloučenina integrována do jiných metabolických drah (např. TCA cyklus ).[2] Výsledkem je, že obě molekuly odvozené z PET jsou buňkou používány k výrobě energie a k vytváření potřebných biomolekul. Nakonec může být asimilovaný uhlík mineralizován na oxid uhličitý a uvolněn do atmosféry.[2]

Dopad a aplikace

Objev Ideonella sakaiensis má potenciální význam pro degradaci PET plastů. Před jeho objevem byly jedinými známými odbourávači PET malý počet bakterií a hub, včetně Fusarium solani a nebylo o žádném organismu definitivně známo, že by degradovalo PET jako primární zdroj uhlíku a energie.[2] Objev I. sakaiensis pobídla diskusi o biodegradaci PET jako metodě recyklace a bioremediace.[2]

The divoký typ bakterie je schopna kolonizovat a rozbít tenký film (tloušťka 0,2 mm) nízká krystalinita (měkký) PET přibližně za šest týdnů a bylo prokázáno, že odpovědný enzym PETáza degraduje vysoce krystalický (tvrdý) PET přibližně 30krát pomaleji než PET s nízkou krystalinitou.[2] Velké množství vyrobeného PET je vysoce krystalické (např. Plastové láhve), proto se předpokládá, že jakékoli budoucí použití I. sakaiensis Bude třeba předcházet enzymu PETase v recyklačních programech genetická optimalizace enzymu.[2][5] Enzym MHETázy lze také optimalizovat a použít v recyklačních nebo bioremediačních aplikacích v kombinaci s enzymem PETáza. Rozkládá MHET produkovaný PETázou na ethylenglykol a kyselinu tereftalovou.[2] Jakmile se tyto dvě sloučeniny vytvoří, mohou se dále biologicky rozložit na oxid uhličitý pomocí I. sakaiensis nebo jiné mikroby, nebo mohou být čištěny a použity k výrobě nového PET v průmyslovém recyklačním zařízení.[2][6]

Genetické inženýrství

Enzym degradující PET z Ideonella sakaiensis, PETase, byl geneticky modifikován a kombinován s MHETáza rozkládat PET rychleji a také degradovat PEF. To může být spolu s dalšími přístupy užitečné v úsilí o recyklace a upcyklace smíšených plastů.[7][8][9]

Viz také

Reference

  1. ^ Yoshida, S .; Hiraga, K .; Takehana, T .; Taniguchi, I .; Yamaji, H .; Maeda, Y .; Toyohara, K .; Miyamoto, K .; Kimura, Y .; Oda, K. (10. března 2016). "Bakterie, která degraduje a asimiluje poly (ethylentereftalát)". Věda. 351 (6278): 1196–1199. Bibcode:2016Sci ... 351.1196Y. doi:10.1126 / science.aad6359. PMID  26965627.
  2. ^ A b C d E F G h i j k l m n Yoshida, Shosuke; Hiraga, Kazumi; Takehana, Toshihiko; Taniguchi, Ikuo; Yamaji, Hironao; Maeda, Yasuhito; Toyohara, Kiyotsuna; Miyamoto, Kenji; Kimura, Yoshiharu (11. března 2016). "Bakterie, která degraduje a asimiluje poly (ethylentereftalát)". Věda. 351 (6278): 1196–1199. Bibcode:2016Sci ... 351.1196Y. doi:10.1126 / science.aad6359. ISSN  1095-9203. PMID  26965627. Shrnutí ležel (PDF) (30. března 2016).
  3. ^ A b Somboon Tanasupawat; Toshihiko Takehana; Shosuke Yoshida; Kazumi Hiraga; Kohei Oda (1. srpna 2016). "Ideonella sakaiensis sp. nov., izolovaný z mikrobiálního konsorcia, které degraduje poly (ethenyltereftalát) ". International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 66 (8): 2813–8. doi:10.1099 / ijsem.0.001058. PMID  27045688.
  4. ^ Pearce, B. A .; Heydeman, M. T. (1. května 1980). „Metabolismus di (ethylenglykolu) [2- (2'-hydroxyethoxy) ethanolu] a dalších krátkých poly (ethylenglykolu) gramnegativními bakteriemi“. Mikrobiologie. 118 (1): 21–27. doi:10.1099/00221287-118-1-21. ISSN  1350-0872.
  5. ^ Coghlan, Andy. „Bylo zjištěno, že bakterie konzumují PET plasty. Nový vědec. Citováno 18. března 2016.
  6. ^ Al-Sabagh, A.M .; Yehia, F.Z .; Eshaq, Gh .; Rabie, A.M .; ElMetwally, A.E. (březen 2016). „Ekologičtější způsoby recyklace polyethylentereftalátu“. Egyptian Journal of Petroleum. 25 (1): 53–64. doi:10.1016 / j.ejpe.2015.03.001.
  7. ^ Carrington, Damian (28. září 2020). „Nový superenzym pojídá plastové lahve šestkrát rychleji“. Opatrovník. Citováno 12. října 2020.
  8. ^ „Enzymatický koktejl„ koktejlem “ohlašuje novou naději na plastový odpad“. phys.org. Citováno 12. října 2020.
  9. ^ Knott, Brandon C .; Erickson, Erika; Allen, Mark D .; Gado, Japheth E .; Graham, Rosie; Kearns, Fiona L .; Pardo, Isabel; Topuzlu, Ece; Anderson, Jared J .; Austin, Harry P .; Dominick, Graham; Johnson, Christopher W .; Rorrer, Nicholas A .; Szostkiewicz, Caralyn J .; Copié, Valérie; Payne, Christina M .; Woodcock, H. Lee; Donohoe, Bryon S .; Beckham, Gregg T .; McGeehan, John E. (24. září 2020). „Charakterizace a inženýrství systému dvou enzymů pro depolymeraci plastů“. Sborník Národní akademie věd. doi:10.1073 / pnas.2006753117. ISSN  0027-8424. Citováno 12. října 2020. CC-BY icon.svg Text a obrázky jsou k dispozici pod a Mezinárodní licence Creative Commons Attribution 4.0.

externí odkazy