Ideonella sakaiensis
Ideonella sakaiensis
Diagram over PET-nedbrydning af Ideonella sakaiensis
Arter
Ideonella sakaiensis Tanasupawat et al. 2016
Ideonella sakaiensis er en bakterie opdaget i Japan og i stand, takket være et specifikt enzym, til nedbrydes polyethylenterephthalat (PET) plast tilen vis grad og under bestemte dyrkningsbetingelser.
Opdagelse
Opdagelsen af denne bakterie fandt sted i fire faser :
-
1 st trin : Et hold biologer fra Kyoto Institute of Technology og Keio University i Yokohama høstet i et deponeringsanlæg 250 prøver af jord, sedimenter, spildevand og aktiveret slam , forurenet (ca. 5 år) af PET på en PET-flaske genanvendelse plante i Sakai, en by i udkanten af Osaka , Japan.
Ca. 1 gram af prøverne blev dyrket individuelt i medium indeholdende en tynd film med lav krystallinitet (1,9%)PET-plast.
Denne bakterie kunne dyrkes.
-
2 th trin : Observation: En prøve fra sediment dannet en mikrobielle klynger ( biofilm ) på en PET-film. Mikroskopi afslørede, at den indeholdt en blanding af bakterier, celler, gær og protozoer . Denne biofilm har udhulet overfladen af PET-folie med en hastighed på 0,13 mg / cm 2 per dag ved 30 ° C .
-
3 th trin : isolering af bakterien: serielle fortyndinger blev anvendt til at isolere bakterien stand til at nedbryde PET. Mikroskopisk analyse viste, at subfortyndinger, der ikke indeholdt bakterierne fra slægten Ideonella, mistede deres evne til at nedbryde plaststykket. Konklusionen var derfor, at denne bakterie var ansvarlig (eller nødvendig) for nedbrydningen af PET; hendes navn blev derefter Ideonella sakaiensis 201-F6. PET-filmen blev alvorligt beskadiget og nedbrudt næsten fuldstændigt efter 6 uger ved 30 ° C i reagensglas, der kun indeholdt Ideonella sakaiensis .
-
4 th trin : Enzymet (petasus) blev deponeret den PET-folie begynder at forringes (uden nærvær af bakterierne).
I 2018 førte en undersøgelse udført for at forstå funktionen af dets PETase- enzym tilfældigt til produktionen af et enzym med større effektivitet.
Egenskaber
Ideonella sakaiensis er en aerob gramnegativ bakterie .
Cellerne er bevægelige med et polært flagellum.
De vokser i et pH-område mellem 5,5 til 9.0 (optimalt pH til 7-7,5) og 15- 42 ° C (optimal temperatur: 30- 37 ° C ).
Forklaringer
Undersøgelsen af bakteriens genom gjorde det muligt at identificere to enzymer, der var ansvarlige for nedbrydningen.
- Den første (kaldet PET hydrolase eller PETase ), hydrolyserer PET og omdanner den til mono (2-hydroxyethyl) terephthalsyre (MHET), terephthalsyre (TPA) og bis (2-hydroxyethyl) terephthalat (BHET). Dette protein er også blevet identificeret som nedværdigende BHET til MHET. Bindingsmekanismen for PETase forbliver dog ukendt.
- Den anden er hydrolasen MHET eller MHETase , som tilhører familien af tannaser, men som ikke har nogen virkning på aromatiske estere, der typisk hydrolyseres af denne familie. Det nedbryder MHET til TPA.
Begge enzymer aktiveres mere, når mediet indeholder PET; de var aldrig blevet identificeret samtidigt i den samme organisme før.
Nedbrydningsprocessen finder sted uden for bakterierne, men sidstnævnte har et system til at "pumpe" disse to kemiske molekyler, som derefter tjener som kulstofholdig mad; bakterierne har også internt enzymatisk udstyr, som vil føre til produktion af protocatechinsyre, som let assimileres med henblik på basal metabolisme.
TPA kataboliseres efterfølgende af bakterierne som en energikilde.
Grænser
Effektiviteten af bakterierne ved nedbrydning af PET-plast reduceres af den konventionelt høje krystallinitetshastighed af PET, hvilket begrænser hydrolyse .
Desuden nedbrydningstiden (0,13 mg / cm 2 per dag ved 30 ° C ) er relativt lang.
Fremtidigt teknologisk potentiale
Ideonella sakaiensis kunne overvejes i en bioremedieringsstrategi i polyethylenterephthalatgenvindingssystemer.
Til dette foreslår forskere at ty til molekylære bioteknologiske processer ved at modificere bakterienes genetik for at opnå et kontrollerbart bioremedieringssystem. For at overvinde de nuværende grænser kunne en forbehandling af PET for at øge de amorfe zoner overvejes, eller endda modificeringen af bakterierne for at gøre dem hurtigere og mere effektive på trods af den høje grad af krystallinitet.
Noter og referencer
-
(da) Shosuke Yoshida, Kazumi Hiraga, Toshihiko Takehana, Ikuo Taniguchi, Hironao Yamaji og Yasuhito Maeda, " En bakterie, der nedbryder og assimilerer PET " , Science , bind. 351,11. marts 2016, s. 1196-1199.
-
Videnskab, DOI: 10.1126 / science.aad6359
-
Forskere konstruerede ved et uheld et enzym, der er i stand til at ødelægge plast mere effektivt
-
(i) Kazumi Hiraga, Shosuke Yoshida, Somboon Tanasupawat, Kohei Oda og Toshihiko Takehana, " Ideonella sakaiensis sp. nov., isoleret fra et mikrobielt konsortium, der nedbryder poly (ethylenterephthalat) ” , International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology , bind. 66, nr . 8,1 st august 2016, s. 2813-2818.
-
(en) BORNSHEUER Uwe T., " Feeding on plastic " , Science , bind. 351, nr . 6278,11. marts 2016, s. 1154-1155.
-
(in) Prostak Sergio, " Ideonella sakaiensis: Nyligt opdaget bakterie kan nedbryde, metabolisere plast " på Breaking Science News , 2016(adgang til 5. juni 2017 ) .
-
(i) HALFORD Bethany, " Bakterier fest på plast " på Chemical & Engineering News ,2016(adgang til 30. maj 2017 ) .
-
(in) COGHLAN Andy, " Bakterier fundet at spise PET-plast kan hjælpe med at genbruge " , på New Scientist ,2016(adgang til 5. juni 2017 ) .
-
(i) Hurtley Stella, " Nogle bakterier tror plast er fantastisk " , Science , vol. 351, nr . 6278,11. marts 2016, s. 1162.
-
(in) CHAN Allison, " Fremtiden for vores bakterier, der renser plastaffald " på Berkeley Scientific Journal ,2016(adgang til 30. maj 2017 ) .
-
THOUNY Laura, " Plast-spiser bakterier, løsningen på at rydde op i havene?" » , På nouvelleobs.com ,2016(adgang til 11. marts 2016 ) .
Taxonomiske referencer