Идеонелла сакайенсис
| Идеонелла сакайенсис | |
|---|---|
Научная классификация 
| |
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Псевдомонадота |
| Сорт: | Бетапротеобактерии |
| Заказ: | Буркхолдериалес |
| Семья: | Комамонадовые |
| Род: | С Идеоне |
| Разновидность: | И. сакайенсис
|
| Биномиальное имя | |
| Идеонелла сакайенсис Ёсида и др. 2016 г. [1]
| |
Ideonella sakaiensis — это бактерия из рода Ideonella и семейства Comamonadaceae, способная расщеплять и потреблять пластиковый полиэтилентерефталат (ПЭТ), используя его как источник углерода и энергии. Бактерия была первоначально выделена из образца осадка, взятого возле пластиковых бутылок предприятия по переработке в городе Сакаи, Япония. [2]
Открытие
[ редактировать ]Ideonella sakaiensis была впервые идентифицирована в 2016 году группой исследователей под руководством Кохея Оды из Киотского технологического института и Кендзи Миямото из Университета Кейо после сбора образца осадка, загрязненного ПЭТ, на предприятии по переработке пластиковых бутылок в Сакаи, Япония. [2] [3] Бактерии были впервые выделены из консорциума микроорганизмов в образце осадка, который включал простейших и дрожжеподобные клетки. Было показано, что все микробное сообщество минерализует 75% разложившегося ПЭТ в углекислый газ после того, как он был первоначально разложен и ассимилирован Ideonella sakaiensis . [2]
Характеристика
[ редактировать ]Физические атрибуты
[ редактировать ]Ideonella sakaiensis является грамотрицательной , аэробной и палочковидной. Клетки подвижны и имеют один жгутик . Колонии I. sakaiensis бесцветные, гладкие, округлые. Его размер варьирует от 0,6 до 0,8 мкм в ширину и 1,2-1,5 мкм в длину. [4]
Химические атрибуты
[ редактировать ]I. sakaiensis также дает положительный результат на оксидазу и каталазу . Бактерия растет в диапазоне pH от 5,5 до 9,0 (оптимально от 7 до 7,5) и температуре 15–42 ° C (59–108 ° F) (оптимально при 30–37 ° C (86–99 ° F)) .
Использование характеристик
[ редактировать ]Грамотрицательность бактерий делает их устойчивыми способностями и генами; это может включать устойчивость к антибиотикам. Грамотрицательность как характеристика также означает, что эта бактерия имеет тонкую клеточную стенку и высокое содержание липидов. [ нужна ссылка ]
Аэробный аспект этих бактерий позволяет им расти и процветать только в среде, в непосредственной близости от которой присутствует кислород. Таким образом, известно, что Ideonella sakaiensis и другие аэробные бактерии выживают в богатой кислородом, влажной и аэрируемой почве. [ нужна ссылка ]
Жгутики, прикрепленные к этим бактериям, используются в качестве подвижных органелл и способны вращать и перемещать клетку по окружающей среде, создавая движение. Также было показано, что бактерия растет на поверхности полиэтилентерефталата (ПЭТ), который является разновидностью пластика. Бактерии смогли прикрепиться к ПЭТ-пластику своим тонким жгутиком. Это показано на изображении справа. Эти жгутики могут также секретировать на поверхность ПЭТ ферменты, разлагающие ПЭТ, известные как ПЭТаза. [ нужна ссылка ]
С помощью филогенетического анализа было показано, что этот вид является частью рода Ideonella , но обладает значительно отличающимся геномом от других известных видов этого рода, включая Ideonella dechromatans и Ideonella azotifigens , что оправдывает его классификацию как новый вид . [4]
Деградация и ассимиляция ПЭТ
[ редактировать ]
Ideonella sakaiensis прикрепляется к поверхности ПЭТ и использует секретируемую гидролазу ПЭТ , или ПЭТазу , для разложения ПЭТ до моно(2-гидроксиэтил)терефталевой кислоты (МГЕТ), гетеродимера, состоящего из терефталевой кислоты (ТРА) и этиленгликоля . ПЭТаза также расщепляет ПЭТ на другое промежуточное соединение, известное как бис-(2-гидроксиэтил)терефталат (БГЕТ). BHET может превращаться в MHET после гидролиза ПЭТ. [5] ПЭТаза I. sakaiensis действует путем гидролиза сложноэфирных связей, присутствующих в ПЭТ, с высокой специфичностью. Полученный MHET затем разлагается на два мономерных компонента с помощью фермента гидролазы MHET, закрепленного на липидах, или MHETase , на внешней мембране клетки. [2] Общий механизм разрушения ПЭТ-пластика показан на изображении выше. Мономерные компоненты, такие как этиленгликоль, затем поглощаются и используются I. sakaiensis и многими другими бактериями. [2] [6] Другая составляющая; терефталевая кислота, более устойчивое соединение, импортируется в клетку I. sakaiensis через белок-переносчик терефталевой кислоты. Попадая в клетку, молекула ароматической терефталевой кислоты окисляется 1,2-диоксигеназой терефталевой кислоты и 1,2-дигидрокси-3,5-циклогексадиен-1,4-дикарбоксилатдегидрогеназой до катехолового промежуточного продукта. Затем катехоловое кольцо расщепляется PCA-3,4-диоксигеназой, прежде чем соединение интегрируется в другие метаболические пути (например, цикл TCA ). [2] В результате обе молекулы, полученные из ПЭТ, используются клеткой для производства энергии и создания необходимых биомолекул. Со временем ассимилированный углерод может минерализоваться до углекислого газа и выбрасываться в атмосферу. [2]
Влияние и применение
[ редактировать ]Открытие Ideonella sakaiensis имеет потенциальное значение для разложения ПЭТ-пластиков. До его открытия единственными известными разрушителями ПЭТ было небольшое количество бактерий и грибов, в том числе Fusarium solani , и не было точно известно ни об одном организме, способном разлагать ПЭТ в качестве основного источника углерода и энергии. [2] Открытие I. sakaiensis стимулировало дискуссию о биоразложении ПЭТ как методе переработки и биоремедиации . [2]
Бактерия дикого типа способна колонизировать и разрушать тонкую (толщиной 0,2 мм) пленку низкокристаллического (мягкого) ПЭТ примерно за 6 недель, а ответственный за это фермент ПЭТаза, как было показано, примерно разлагает высококристаллический (твердый) ПЭТ. В 30 раз медленнее (180 недель или более 3 лет), чем низкокристаллический ПЭТ. [2] Большое количество производимого ПЭТ является высококристаллическим (например, пластиковые бутылки), поэтому считается, что любому перспективному применению фермента ПЭТазы I. sakaiensis в программах переработки должна будет предшествовать генетическая оптимизация фермента. [2] [7] Фермент MHETase также можно оптимизировать и использовать в приложениях по переработке или биоремедиации в сочетании с ферментом PETase. Он разлагает MHET, вырабатываемый ПЭТазой, до этиленгликоля и терефталевой кислоты. [2] После образования эти два соединения могут подвергаться дальнейшему биоразложению до диоксида углерода под действием I. sakaiensis или других микробов, либо их можно очистить и использовать для производства нового ПЭТ на промышленных предприятиях по переработке отходов. [2] [8]
Ideonella sakaiensis изучается на предмет ее способности разлагать ПЭТ как средство решения проблем управления водными ресурсами при рыболовстве, питаемом сточными водами. Было показано, что различные штаммы этой бактерии не представляют никакой угрозы для роста и выращивания рыбы. Этот вид бактерий способен правильно использовать ПЭТ в качестве источника углерода и процветать в сточных водах и водных экосистемах, загрязненных пластиком, демонстрируя свою перспективность в качестве экономически эффективного средства борьбы с загрязнением. [9]
Фермент Ideonella sakaiensis, разлагающий пластик ПЭТ , известный как; ПЭТаза была генетически модифицирована и объединена с МГЕТазой для более быстрого расщепления ПЭТ, что также разлагает пластики PEF (полиэтиленфураноат) . Это наряду с другими подходами может быть полезно в различных усилиях, таких как; переработка и переработка смешанных пластмасс. [10] [11] [12]
Система коагуляционной фильтрации
[ редактировать ]В 2021 году пятиклассники Джулия Стюарт и Джейкоб Парк создали концепцию системы коагуляционной фильтрации для конкурса Toshiba ExploraVision , в которой Ideonella sakaiensis используется в процессе фильтрации, коагуляции, флокуляции и осаждения воды более экологически чистым и эффективным способом. [13] [14] [15] Этот проект выиграл 4–6 дивизион ExploraVision на национальном уровне. [13] [14]
См. также
[ редактировать ]- переработка ПЭТ-бутылок
- ПЭТАза , фермент, вырабатываемый этой бактерией.
- Pestalotiopsis microspora — эндофитный вид грибов, способный расщеплять полиуретан .
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Ёсида С., Хирага К., Такехана Т., Танигучи И., Ямаджи Х., Маэда Ю. и др. (март 2016 г.). «Бактерия, которая разлагает и усваивает поли(этилентерефталат)». Наука . 351 (6278): 1196–1199. Бибкод : 2016Sci...351.1196Y . дои : 10.1126/science.aad6359 . ПМИД 26965627 . S2CID 31146235 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м Ёсида С., Хирага К., Такехана Т., Танигучи И., Ямаджи Х., Маэда Ю. и др. (март 2016 г.). «Бактерия, которая разлагает и усваивает поли(этилентерефталат)». Наука . 351 (6278): 1196–1199. Бибкод : 2016Sci...351.1196Y . дои : 10.1126/science.aad6359 . ПМИД 26965627 . S2CID 31146235 .
- «Открытие бактерии, которая разлагает и ассимилирует поли(этилентерефталат), может служить платформой для разложения и/или ферментации для биологической переработки отходов ПЭТ» (PDF) . Киотский технологический институт (пресс-релиз). 30 марта 2016 г.
- ^ Онг, Сэнди (24 августа 2023 г.). «Живые существа, питающиеся пластиком» . Познаваемый журнал | Ежегодные обзоры . doi : 10.1146/knowable-082423-1 .
- ^ Перейти обратно: а б Ёсида С., Хирага К., Такехана Т., Танигучи И., Ямаджи Х., Маэда Ю. и др. (март 2016 г.). «Бактерия, которая разлагает и усваивает поли(этилентерефталат)». Наука . 351 (6278): 1196–1199. Бибкод : 2016Sci...351.1196Y . дои : 10.1126/science.aad6359 . ПМИД 26965627 . S2CID 31146235 .
- ^ Пуспитасари Н., Цай С.Л., Ли К.К. (апрель 2021 г.). «Предварительная обработка гидрофобинами класса I стимулирует ПЭТазу для переработки мономеров отходов ПЭТ» (PDF) . Международный журнал биологических макромолекул . 176 : 157–164. doi : 10.1016/j.ijbiomac.2021.02.026 . ПМИД 33561457 . S2CID 231865499 .
- ^ Пирс Б.А., Хейдеман М.Т. (1 мая 1980 г.). «Метаболизм ди(этиленгликоля) [2-(2'-гидроксиэтокси)этанола] и других коротких поли(этиленгликолей) грамотрицательными бактериями» . Микробиология . 118 (1): 21–27. дои : 10.1099/00221287-118-1-21 . ISSN 1350-0872 .
- ^ Коглан А. «Обнаруженные бактерии, поедающие ПЭТ-пластик, могут помочь в его переработке» . Новый учёный . Проверено 18 марта 2016 г.
- ^ Аль-Сабаг А.М., Йехия Ф.З., Эшак Г., Раби А.М., Эль Метвалли А.Е. (март 2016 г.). «Зеленые пути переработки полиэтилентерефталата» . Египетский нефтяной журнал . 25 (1): 53–64. дои : 10.1016/j.ejpe.2015.03.001 .
- ^ Мисра Дж. (апрель 2020 г.). «Управление сточными водами с использованием бактерий, питающихся пластиком, - устойчивое решение для рыболовства, питающегося сточными водами». Журнал Индийского химического общества . 97 (4): 513–519.
- ^ Кэррингтон Д. (28 сентября 2020 г.). «Новый суперфермент съедает пластиковые бутылки в шесть раз быстрее» . Хранитель . Проверено 12 октября 2020 г.
- ^ «Коктейль из ферментов, разъедающих пластик, дает новую надежду на борьбу с пластиковыми отходами» . физ.орг . Проверено 12 октября 2020 г.
- ^ Нотт Б.С., Эриксон Э., Аллен М.Д., Гадо Дж.Э., Грэм Р., Кернс Ф.Л. и др. (октябрь 2020 г.). «Характеристика и разработка двухферментной системы для деполимеризации пластмасс» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 117 (41): 25476–25485. Бибкод : 2020PNAS..11725476K . дои : 10.1073/pnas.2006753117 . ПМЦ 7568301 . ПМИД 32989159 .
- ^ Перейти обратно: а б «Восемь студенческих команд названы национальными победителями 29-го ежегодного конкурса ExploraVision Challenge» . news.toshiba.com . Проверено 3 декабря 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Загрузка сайта, пожалуйста, подождите...» www.exploravision.org . 18 мая 2021 г. Проверено 3 декабря 2021 г.
- ^ «Дом | Система коагуляционной фильтрации» . ExploraVision.PPT т.е. Проверено 3 декабря 2021 г.