Бактерии, питающиеся нейлоном
| Бактерии, питающиеся нейлоном | |
|---|---|
Научная классификация  | |
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Актиномицетота |
| Сорт: | Актиномицетия |
| Заказ: | Микрококки |
| Семья: | Микрококковые |
| Род: | пенартробактер |
| Разновидность: | |
| Разнообразие: | П. у. где. КИ72 |
| Трехчленное имя | |
| Paenarthrobacter ureafaciens var. КИ72 GTDB r95 и NCBI, 2020 г. (Busse HJ, 2016 г.) | |
| Синонимы | |
(Из-за ошибки оптического распознавания название штамма иногда указывается как «K172».) | |
Paenarthrobacter ureafaciens KI72 , широко известный как бактерия, питающаяся нейлоном , представляет собой штамм Paenarthrobacter ureafaciens , который может переваривать некоторые побочные продукты производства нейлона-6 . [2] Для переваривания нейлона он использует набор ферментов , широко известных как нейлоназа . [3]
Открытие и номенклатура
[ редактировать ]
В 1975 году группа японских ученых обнаружила штамм бактерий, обитающий в прудах, содержащих сточные воды нейлоновой , фабрики, которые могли переваривать определенные побочные продукты производства нейлона-6 такие как линейный димер 6-аминогексаноата . Неизвестно, существовали ли эти вещества до изобретения нейлона в 1935 году. Первоначально оно называлось Achromobacter Guttatus . [4]
Исследования 1977 года показали, что три фермента , которые бактерии использовали для переваривания побочных продуктов, значительно отличались от любых других ферментов, вырабатываемых любыми другими бактериями, и не эффективны ни для каких материалов, кроме побочных продуктов искусственного нейлона. [5]
В 1980 году бактерия была переименована в Flavobacterium . [6] Его геном был расшифрован в 2017 году, снова присвоив его Arthrobacter . [1] База данных геномной таксономии считает его штаммом Paenarthrobacter ureafaciens после реклассификации в 2016 году. [7] По состоянию на январь 2021 года браузер таксономии NCBI был обновлен в соответствии с GTDB.
Потомки штаммов
[ редактировать ]Несколько новых штаммов были созданы путем выращивания оригинального KI72 в разных условиях, заставляя его адаптироваться. К ним относятся КИ722, КИ723, КИ723Т1, КИ725, КИ725Р и многие другие. [8]
Ферменты
[ редактировать ]Бактерия содержит следующие три фермента:
- 6-аминогексаноатциклодимергидролаза (EI, NylA , P13398 )
- 6-аминогексаноат-димергидролаза (EII, NylB , P07061 )
- 6-аминогексаноатолигомер эндогидролаза (EIII, NylC , Q57326 )
Все три фермента кодируются плазмидой pOAD2 . [9] Плазмиду можно перенести в E.coli , как показано в публикации 1983 года. [10]
НЕТ
[ редактировать ]Фермент ЭИ относится к амидазам . Его структура была определена в 2010 году. [11]
ЭИИ
[ редактировать ]EII развился в результате дупликации гена с последующей заменой оснований на другой белок EII'. Оба фермента имеют 345 идентичных аминокислот из 392 (88% гомологии). Ферменты аналогичны бета-лактамазам . [12]
Белок EII' ( NylB' , P07062 ) примерно в 100 раз менее эффективен по сравнению с EII. Исследование, проведенное в 2007 году командой Сейджи Негоро, показывает, что всего два аминокислотных изменения в EII', а именно G181D и H266N, повышают его активность до 85% от EII. [9]
III
[ редактировать ]Структура EIII была выяснена в 2018 году. Это не совершенно новый фермент, а член семейства N-концевых нуклеофильных (N-tn) гидролаз. [13] В частности, вычислительные подходы классифицируют его как гидролазу MEROPS S58 (теперь переименованную в P1). Белок экспрессируется как предшественник, который затем расщепляется на две цепи. [14] [15] Вне этой плазмиды > 95% сходных белков обнаружено у Agromyces и Kocuria . [13]
Первоначально EIII считался совершенно новым. Сусуму Оно предположил, что это произошло в результате сочетания события дупликации гена с мутацией сдвига рамки считывания . Вставка тимидина превратила бы богатый аргинином белок 427аа в этот фермент 392аа. [16]
Роль в обучении эволюции
[ редактировать ]Существует научное мнение, что способность синтезировать нейлоназу, скорее всего, развилась как одноэтапная мутация, которая выжила, потому что улучшила приспособленность бактерий, обладающих данной мутацией. Что еще более важно, один из задействованных ферментов был произведен в результате мутации со сдвигом рамки , которая полностью исказила существующие данные генетического кода. [17] Несмотря на это, новый ген все еще обладал новой, хотя и слабой, каталитической способностью. Это рассматривается как хороший пример того, как мутации легко могут предоставить сырье для эволюции путем естественного отбора . [18] [19] [20] [21]
В статье 1995 года было показано, что ученым также удалось заставить другой вид бактерий, Pseudomonas aeruginosa , развить способность расщеплять те же побочные продукты нейлона в лаборатории, заставив их жить в среде без другого источника питательных веществ. [22]
См. также
[ редактировать ]- Пластивор
- Биоразлагаемый пластик
- E. coli Эксперимент по долгосрочной эволюции
- Радиотрофный гриб
- Комар в лондонском метро
- Лонисера муха
- Мучные черви способны переваривать полистирол
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Такехара, я; Като, Д.И.; Такео, М; Негоро, С (27 апреля 2017 г.). «Проект геномной последовательности бактерии Arthrobacter sp., разлагающей нейлоновые олигомеры, штамм KI72» . Геномные объявления . 5 (17). doi : 10.1128/genomeA.00217-17 . ПМК 5408104 . ПМИД 28450506 .
- ^ Такехара, я; Фуджи, Т; Танимото, Ю (январь 2018 г.). «Метаболический путь 6-аминогексаноата в бактерии, разлагающей олигомер нейлона Arthrobacter sp. KI72: идентификация ферментов, ответственных за превращение 6-аминогексаноата в адипат». Прикладная микробиология и биотехнология . 102 (2): 801–814. дои : 10.1007/s00253-017-8657-y . ПМИД 29188330 . S2CID 20206702 .
- ^ Майкл Ле Пейдж (март 2009 г.). «Пять классических примеров эволюции генов» . Новый учёный .
- ^ Киношита, С.; Кагеяма, С.; Иба, К.; Ямада, Ю.; Окада, Х. (1975). «Использование циклического димера и линейных олигомеров е-аминокапроновой кислоты Achromobacter Guttatus KI 72» . Сельскохозяйственная и биологическая химия . 39 (6): 1219–23. дои : 10.1271/bbb1961.39.1219 . ISSN 0002-1369 .
- ^ С — Киношита; С, Негоро; М, Мурамацу; Вс, Бисария; С, Савада; Х, Окада (1 ноября 1977 г.). «Циклическая димерная гидролаза 6-аминогексановой кислоты. Новая циклическая амидгидролаза, продуцируемая Achromobacter Guttatus KI74». Европейский журнал биохимии . 80 (2): 489–95. дои : 10.1111/j.1432-1033.1977.tb11904.x . ПМИД 923591 .
- ^ Негоро, С; Синагава, Х; Наката, А; Киношита, С; Хатозаки, Т; Окада, Х. (июль 1980 г.). «Плазмидный контроль ферментов деградации циклического димера 6-аминогексановой кислоты Flavobacterium sp. KI72» . Журнал бактериологии . 143 (1): 238–45. дои : 10.1128/JB.143.1.238-245.1980 . ПМЦ 294219 . ПМИД 7400094 .
- ^ «GTDB — GCF_002049485.1» . База данных таксономии генома, редакция 95 . 2020.
- ^ Негоро, С; Какудо, С; Урабе, я; Окада, Х (1992). «Новый ген деградации олигомера нейлона (nylC) в плазмиде pOAD2 из Flavobacterium sp» . Журнал бактериологии . 174 (24): 7948–7953. дои : 10.1128/jb.174.24.7948-7953.1992 . ПМК 207530 . ПМИД 1459943 .
- ^ Перейти обратно: а б Негоро С., Оки Т., Шибата Н. и др. (июнь 2007 г.). «Комплекс фермент/субстрат, разлагающий нейлон-олигомер: каталитический механизм 6-аминогексаноат-димергидролазы». Дж. Мол. Биол . 370 (1): 142–56. дои : 10.1016/j.jmb.2007.04.043 . ПМИД 17512009 .
- ^ Негоро С., Танигучи Т., Канаока М., Кимура Х., Окада Х. (июль 1983 г.). «Плазмидно-определяемая ферментативная деградация нейлоновых олигомеров» . Дж. Бактериол . 155 (1): 22–31. дои : 10.1128/JB.155.1.22-31.1983 . ПМК 217646 . ПМИД 6305910 .
- ^ Ясухира, К; Сибата, Н.; Монгами, Дж; Уэдо, Ю; Ацуми, Ю; Кавасима, Ю; Хибино, А; Танака, Ю; Ли, Ю.Х.; Като, Д; Такео, М; Хигучи, Ю; Негоро, С. (8 января 2010 г.). «Рентгеноструктурный анализ 6-аминогексаноатциклической димергидролазы: каталитический механизм и эволюция фермента, ответственного за разложение побочного продукта нейлона-6» . Журнал биологической химии . 285 (2): 1239–48. дои : 10.1074/jbc.M109.041285 . ПМК 2801252 . ПМИД 19889645 .
- ^ Окада, Х.; Негоро, С.; Кимура, Х.; Накамура, С. (10–16 ноября 1983 г.). «Эволюционная адаптация кодируемых плазмидами ферментов для разложения олигомеров нейлона». Природа . 306 (5939): 203–206. Бибкод : 1983Natur.306..203O . дои : 10.1038/306203a0 . ISSN 0028-0836 . ПМИД 6646204 . S2CID 4364682 .
- ^ Перейти обратно: а б Негоро, С; Сибата, Н.; Ли, Ю.Х.; Такехара, я; Кинугаса, Р; Нагай, К; Танака, Ю; Като, Д.И.; Такео, М; Гото, Ю; Хигучи, Ю. (27 июня 2018 г.). «Структурные основы правильной сборки субъединиц, агрегации и внутриклеточной деградации нейлонгидролазы» . Научные отчеты . 8 (1): 9725. Бибкод : 2018NatSR...8.9725N . doi : 10.1038/s41598-018-27860-w . ПМК 6021441 . ПМИД 29950566 .
- ^ «Q57326» . ИнтерПро .
- ^ «МЕРОПС — база данных пептидаз» .
- ^ Оно С. (апрель 1984 г.). «Рождение уникального фермента из альтернативной рамки считывания ранее существовавшей, внутренне повторяющейся кодирующей последовательности» . Proc Natl Acad Sci США . 81 (8): 2421–5. Бибкод : 1984PNAS...81.2421O . дои : 10.1073/pnas.81.8.2421 . ПМК 345072 . ПМИД 6585807 .
- ^ Оно, С. (апрель 1984 г.). «Рождение уникального фермента из альтернативной рамки считывания ранее существовавшей, внутренне повторяющейся кодирующей последовательности» . Труды Национальной академии наук . 81 (8): 2421–2425. Бибкод : 1984PNAS...81.2421O . дои : 10.1073/pnas.81.8.2421 . ISSN 0027-8424 . ПМК 345072 . ПМИД 6585807 .
- ^ Туэйтс WM (лето 1985 г.). «Новые белки без помощи Божией» . Журнал эволюции творения . 5 (2): 1–3.
- ^ «Эволюция и информация: Нейлоновый жук» . Новые мексиканцы за научное образование . Проверено 27 сентября 2023 г.
- ^ Тан, Кер (23 сентября 2005 г.). «Почему ученые отвергают «разумный замысел» » . Новости Эн-Би-Си . Проверено 27 сентября 2023 г.
- ^ Миллер, Кеннет Р. Только теория: эволюция и битва за душу Америки (2008), стр. 80-82
- ^ Приджамбада И.Д., Негоро С., Йомо Т., Урабе I (май 1995 г.). «Появление ферментов деградации олигомеров нейлона у Pseudomonas aeruginosa PAO в результате экспериментальной эволюции» . Прил. Окружающая среда. Микробиол . 61 (5): 2020–2. Бибкод : 1995ApEnM..61.2020P . дои : 10.1128/АЕМ.61.5.2020-2022.1995 . ПМК 167468 . ПМИД 7646041 .
- Ёмо Т., Урабе И., Окада Х. (май 1992 г.). «В антисмысловых цепях генов деградации олигомеров нейлона нет стоп-кодонов» . Proc Natl Acad Sci США . 89 (9): 3780–4. Бибкод : 1992PNAS...89.3780Y . дои : 10.1073/pnas.89.9.3780 . ПМК 525574 . ПМИД 1570296 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- NBRC 14590 , информация о культуре KI72, хранящаяся в Национальном институте технологий и оценки.
- NBRC 114184 , производная культура, использованная при секвенировании 2017 года.
- GO:0019876: Катаболический процесс нейлона.