Ideonella sakaiensis(吃塑料的细菌)-概述

Ideonella sakaiensis,该属的一个新种Ideonella是一种革兰氏阴性、需氧、杆状细菌。它也被称为吃塑料细菌。

Ideonella sakaiensis(吃塑料的细菌)
Ideonella sakaiensis(吃塑料的细菌)
  • 吃塑料的细菌可以利用塑料作为它们生长的主要碳和能量来源。
  • 塑料的时代始于1907年利奥·贝克兰(Leo Baekeland)发现胶木。由于合成聚合物的范围广泛,它们现在在人类生活中是普遍和不可或缺的,遗憾的是,在环境中。
  • 在垃圾填埋场和其他地方,2015年有5000吨塑料垃圾。到2050年,这一数字可能会上升到1.2万吨。
  • 连接聚对苯二甲酸乙酯单体的酯键可以被自然界中发现的多种水解酶水解。从理论上讲,PET比聚烯烃更容易被自然降解,因为没有已知的酶可以直接破坏它们的C-C键。
  • 由于基因组测序发现了一种pet水解酶即sakaiensis。
  • 非晶态PET膜的表面形成火山口状点蚀,水解产物被释放到水环境中。
  • 由于与其他已知的PHEs相比,I. sakaiensis酶在室温下对PET具有最高的催化偏好,因此将其命名为PET水解酶(PETase)。
  • 这种细菌将PET作为碳和能量的主要来源,将其分解为二氧化碳和水。

Ideonella sakaiensis发现

  • 京都工业大学的Kohei Oda和庆应义塾大学的Kenji Miyamoto领导的研究小组从pet污染的环境(包括沉积物、土壤、废水和塑料瓶回收场附近的活性污泥)中提取了250个样本,报告称他们分离出了一种新细菌,Ideonella sakaiensis201-F6,来自环境。
  • 他们使用这些样品寻找主要生长在低结晶度(1.9%)PET薄膜上的微生物。
  • 在一个沉积物样品中培养后,在PET膜上形成了一个独特的微生物群落,导致PET膜在形态上发生了变化。
  • 这个物种Ideonella sakaiensisIdeonella属。
  • 这种细菌是在日本的一个城市酒井发现的,因此这种生物的名字。
  • 这些细菌最初是从沉积物样本中的一组微生物中分离出来的,其中还包括原生动物和类似酵母的细胞。
  • 细胞在膜上由附属物连接,在培养液中也可见细胞。
  • 在细胞和薄膜之间,有较短的附属物,可能有助于将分泌的酶运送到薄膜上。
  • 在30°C下6周后,PET膜已经遭受了严重的损伤,几乎完全降解。

Ideonella sakaiensis分类

  • 塑料降解的概念由Ideonella sakaiensis,属于属Ideonella和Comamonadaceae家族,是为了响应对能够分解塑料碎片的生物系统的研究而开发的。
  • Comamonadaceae家族的成员在Betaproteobacteria 16S rRNA的系统发育中被发现在一起。
细菌
Pseudomonadota
Betaproteobacteria
订单 Burkholderiales
家庭 Comamonadaceae
Ideonella
物种 Ideonellasakaiensis

的栖息地Ideonella sakaiensis

  • Ideonella sakaiensis它们存在于各种自然环境中,也存在于人类创造的环境中,它们对一个地区是干净的还是污染的并不在意。
  • 这种生境的一些例子包括土壤、淡水和地下水、活性污泥和工业处理水。
  • 由于生境的广泛多样,该属的个体特征的形态和生理特征在物种内部变化很大。

形态学的Ideonella sakaiensis

  • Ideonella sakaiensis是革兰氏阴性,有氧,棒状。
  • 宽约0.6 ~ 0.8 μm,长约1.2 ~ 1.5 μm。
  • 细胞上的极鞭毛允许运动。
  • 它可以在15-42°C(最好是28°C)和pH值5.5-9.0 (pH值7-7.5是理想的)之间生长。
  • 基因组DNA中G+C含量为70.4 mol%。
  • 对这种细菌来说,3% (w/v) NaCl是致命的。
  • Ideonella sakaiensis可以附着在PET表面并生长,利用其薄薄的附属物抓住PET薄膜。
  • 这些延伸物可以传递分解PET的酶到PET膜上。

文化的特点Ideonella sakaiensis

Ideonella sakaiensis是在高浓度塑料堆积的环境中生长的绝佳选择,因为有趣的是,它使用PET作为生长的唯一碳和能量来源。

NBRC没有。802年琼脂

  • 在30°C孵育2天后,菌落直径0.5-1.0 mm,圆形,凸起,半透明,边缘完整,无色素或乳白色。

的生化特性Ideonella sakaiensis

的生化特性Ideonella sakaiensis可列如下表;

S.N. 基本特征 Ideonella sakaiensis
1. 革兰氏染色法 阴性(-)
2. 形状
3. 孢子 阴性(-)
4. 能动性 能动的
5. 硝酸盐还原 阴性(-)
6. 过氧化氢酶 阳性(+)
7. 氧化酶 阳性(+)
8. 吲哚的形成 阴性(-)
9. 色素沉着 阴性(-)

发酵的

S.N. Ideonella sakaiensis
1. 葡萄糖 阴性(-)
2. 麦芽糖 阳性(+)

酶促反应

S.N. Ideonella sakaiensis
1. 牛乳糖 阴性(-)

的行动方式Ideonella sakaiensis

1) PETase酶

  • 细菌酶PET水解酶(PETase)将PET分解为对苯二甲酸(met),这是一种异二聚体,由对苯二甲酸(TPA)和乙二醇(EG)通过细菌酶PET水解酶(PETase)合成。
  • 即sakaiensisPETase通过水解PET中的酯键发挥作用。
  • 即sakaiensis许多其他细菌可以很容易地吸收和利用产物中的乙二醇,但不能利用TPA,因此使用了另一种称为met水解酶的酶。
  • 换句话说,细胞利用来自PET的两种分子来产生能量,并在其代谢过程中使用它们。
  • 特别是在PET降解效率方面,该体系在常温下的降解效率是已知PET水解酶中最好的。
  • 碳的同化可能最终导致碳矿化成二氧化碳并释放到大气中。
酒色Ideonella sakaiensis的作用方式
的行动方式Ideonella sakaiensis

2) MHET水解酶

  • 另一种与PET代谢相关的酶,属于单宁酶家族,存在于Ideonella sakaiensis属。
  • PETase的主要PET水解产物2-羟乙基对苯二甲酸(met)被该酶水解成TPA和EG。
  • 这种酶被命名为MHET水解酶(MHETase),因为它对单(2-羟乙基)对苯二甲酸甲酯(MHET)具有高度活性和特异性,但对双(2-羟乙基)TPA (bht)和其他几种底物的水解作用几乎可以忽略。
  • 该晶体结构由盖结构域和水解酶结构域组成。
  • 盖结构域提供底物特异性,水解酶结构域包含催化所必需的氨基酸残基。
  • 这种酶被脂质固定在细菌细胞的外膜上,并将产生的met分解为两个单体组分。
  • 在这里,对苯二甲酸(TPA)通过对苯二甲酸转运蛋白进入细胞,更耐降解。
  • 对苯二甲酸- 1,2 -双加氧酶和1,2 -二羟基- 3,5 -环己二烯- 1,4 -二羧酸脱氢酶在进入细胞后将芳香对苯二甲酸分子氧化为儿茶酚中间体。
  • 在该物质进入其他代谢途径(如TCA循环)之前,PCA 3,4 -双加氧酶裂解儿茶酚环,确保生态系统中没有不安全或有害的产品残留。

实验室诊断Ideonella sakaiensis

有效的应用Ideonella sakaiensis

的识别Ideonella sakaiensis可能对PET塑料的分解很重要。在它被发现之前,只有少量的细菌和真菌等镰刀菌素以上,都是已知的PET降解物,没有任何生物确定使用PET作为主要碳和能源来源。

  • 的识别即sakaiensis以及它通过水解吸收PET的能力,随后是其单体的下游代谢,这可能为PET的生物循环利用提供了一种潜在的补救方法即sakaiensis直接或通过其他生物的代谢工程其pet水解酶。
  • PET的持续生物降解可能是循环经济和实现可持续发展目标的一项关键创新技术。
  • Ideonella sakaiensis而其他生物,以及它们的水解酶,将是开发众多潜在应用的必要条件。

的未来Ideonella sakaiensis

  • 大多数水瓶、聚酯衣物和餐盘都是由PET制成的,因此科学家们预测,他们将能够利用这种细菌物种促进广泛的生物降解。
  • 如果应用于商业,专家认为这种微生物每年可以在全世界降解5000多万吨塑料垃圾。
  • 通过工程产品使塑料成为一种资源。
  • 许多人还认为,一旦对这种细菌的新分类进行更多的研究,就会更容易找到其他具有类似塑料降解特性的微生物。
  • 基因工程:Ideonella sakaiensis的PETase是一种可以分解PET塑料和PEF(聚呋喃酸聚乙烯)塑料的酶,可以通过基因改造和MHETase结合来更快地分解PET。

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