Bakterie zjadające nylon

Bakterie zjadające nylon
Klasyfikacja naukowa
Domena:	Bakteria
Gromada:	promieniowiec
Klasa:	promieniowce
Zamówienie:	mikrokoki
Rodzina:	Micrococcaceae
Rodzaj:	Paenarthrobacter
Gatunek:	P. ureafaciens
Różnorodność:	P. u. rozm. KI72
Imię trójmianowe
	Paenarthrobacter ureafaciens var. KI72 ; GTDB r95 i NCBI, 2020 (Busse HJ, 2016)
Synonimy
	; Arthrobacter sp. KI72 Takehara I, 2017 ; ; Flavobacterium sp. KI72 Negoro S, 1980 ; ; Achromobacter guttatus KI72 Kinoshita S, 1975 ; (Z powodu błędu OCR nazwa szczepu była czasami zgłaszana jako „K172”).

Paenarthrobacter ureafaciens KI72 , popularnie znany jako bakterie zjadające nylon , to szczep Paenarthrobacter ureafaciens , który może trawić niektóre produkty uboczne produkcji nylonu 6 . Wykorzystuje zestaw enzymów do trawienia nylonu, popularnie znanego jako nylonaza .

Odkrycie i nazewnictwo

Budowa chemiczna kwasu 6-aminoheksanowego

W 1975 roku zespół japońskich naukowców odkrył szczep bakterii żyjący w stawach zawierających ścieki z fabryki nylonu , który mógł trawić niektóre produkty uboczne produkcji nylonu 6 , takie jak liniowy dimer 6-aminoheksanianu . Nie wiadomo, czy substancje te istniały przed wynalezieniem nylonu w 1935 roku. Początkowo nosił nazwę Achromobacter guttatus .

Badania przeprowadzone w 1977 roku ujawniły, że trzy enzymy , których bakterie używały do trawienia produktów ubocznych, znacznie różniły się od jakichkolwiek innych enzymów wytwarzanych przez inne bakterie i nie były skuteczne na żadnym materiale innym niż produkty uboczne nylonu wytworzonego przez człowieka.

Bakteria została ponownie przypisana do Flavobacterium w 1980 roku. Jej genom został rozwiązany w 2017 roku, ponownie przypisując go do Arthrobacter . Baza danych taksonomii genomu uważa, że jest to szczep Paenarthrobacter ureafaciens po przeklasyfikowaniu w 2016 roku. Od stycznia 2021 r. NCBI została zaktualizowana, aby była zgodna z GTDB.

Szczepy potomne

Powstało kilka nowszych szczepów, hodując oryginalny KI72 w różnych warunkach, co zmusiło go do przystosowania się. Należą do nich KI722, KI723, KI723T1, KI725, KI725R i wiele innych.

Enzymy

Bakteria zawiera następujące trzy enzymy:

Hydrolaza cyklicznego dimeru 6-aminoheksanianu (EI, NylA ,)
Hydrolaza dimeru 6-aminoheksanianu (EII, NylB ,)
6-aminoheksanian-oligomer endohydrolazy (EIII, NylC ,)

Wszystkie trzy enzymy są zakodowane na plazmidzie o nazwie pOAD2. Plazmid można przenieść do E. coli , jak pokazano w publikacji z 1983 roku.

EI

Enzym EI jest spokrewniony z amidazami . Jego strukturę ustalono w 2010 roku.

EII

EII wyewoluował w wyniku duplikacji genu, po której nastąpiło zastąpienie zasady innym białkiem EII'. Oba enzymy mają 345 identycznych aminokwasów z 392 aminokwasów (88% homologii). Enzymy są podobne do beta-laktamazy .

EII' ( NylB' , ) jest około 100 razy mniej wydajne w porównaniu z EII. Badania przeprowadzone w 2007 roku przez zespół Seiji Negoro pokazują, że tylko dwie zmiany aminokwasów w EII', tj. G181D i H266N, podnoszą jego aktywność do 85% EII.

EIII

Struktura EIII została rozwiązana w 2018 roku. Zamiast być całkowicie nowym enzymem, wydaje się, że należy do rodziny hydrolaz N-końcowych nukleofilów (N-tn). Konkretnie, metody obliczeniowe klasyfikują ją jako MEROPS S58 (obecnie przemianowaną na P1). Białko jest wyrażane jako prekursor, który następnie rozszczepia się na dwa łańcuchy. Poza tym plazmidem, > 95% podobnych białek znajduje się w Agromyces i Kocuria .

EIII pierwotnie uważano za całkowicie nowatorskie. Susumu Ohno zasugerował, że stało się to w wyniku połączenia zdarzenia duplikacji genu z mutacją przesunięcia ramki odczytu . Wstawienie tymidyny zamieniłoby bogate w argininę białko 427aa w ten enzym 392aa.

Rola w nauczaniu ewolucji

Istnieje naukowy konsensus, że zdolność do syntezy nylonazy najprawdopodobniej rozwinęła się jako jednoetapowa mutacja, która przetrwała, ponieważ poprawiła kondycję bakterii posiadających mutację. Co ważniejsze, zaangażowany enzym został wyprodukowany przez mutację całkowicie losową w oryginalnym genie. ^{[ wątpliwe – dyskutuj ]} Mimo to nowy gen nadal miał nową, choć słabą zdolność katalityczną. Jest to postrzegane jako dobry przykład tego, jak mutacje mogą łatwo dostarczyć surowca do ewolucji poprzez dobór naturalny .

Artykuł z 1995 roku wykazał, że naukowcom udało się również skłonić inny gatunek bakterii, Pseudomonas aeruginosa , do rozwinięcia zdolności rozkładania tych samych produktów ubocznych nylonu w laboratorium, zmuszając je do życia w środowisku bez innych źródeł składników odżywczych. Wydaje się, że szczep P. aeruginosa NK87 nie używał tych samych enzymów ^{[ wątpliwe – przedyskutuj ]} , które były wykorzystywane przez oryginalny szczep KI72.

Zobacz też

Organizmy rozkładające plastik
Tworzywo biodegradowalne
Długoterminowy eksperyment ewolucyjny E. coli
Grzyb radiotroficzny
Komar londyńskiego metra
Lonicera mucha
Mączniki są zdolne do trawienia polistyrenu

Yomo T, Urabe I, Okada H (maj 1992). „Brak kodonów stop w niciach antysensownych genów degradacji oligomeru nylonu” . Proc Natl Acad Sci USA . 89 (9): 3780–4. Bibcode : 1992PNAS...89.3780Y . doi : 10.1073/pnas.89.9.3780 . PMC 525574 . PMID 1570296 .

Linki zewnętrzne

NBRC 14590 , informacje o kulturze KI72 utrzymywanej w Narodowym Instytucie Technologii i Oceny
- NBRC 114184 , kultura pochodna wykorzystana w sekwencjonowaniu z 2017 r.
GO:0019876: Nylonowy proces kataboliczny