Ideonella sakaiensis

Ideonella sakaiensis Diagramma della degradazione della PET da Ideonella sakaiensis Classificazione

Regno	Batteri
Ramo	Proteobatteri
Classe	Beta proteobatteri
Ordine	Burkholderiales
Genere	Ideonella

Specie

Ideonella sakaiensis
Tanasupawat et al. 2016

L'ideonella sakaiensis è un batterio scoperto in Giappone e in grado, grazie ad un enzima specifico, di degradare inuna certa misura e in determinate condizioni di coltivazione la plastica del polietilentereftalato (PET).

Scoperta

La scoperta di questo batterio è avvenuta in quattro fasi  :

• 1 ° passo  : Un team di biologi dell'Istituto di Tecnologia di Kyoto e Keio University di Yokohama raccolto in una discarica 250 campioni di suoli, sedimenti, acque reflue e fanghi attivi , contaminati (per circa 5 anni) da parte del PET in un riciclo delle bottiglie in PET stabilimento di Sakai, una città alla periferia di Osaka , in Giappone.
  Circa 1 grammo dei campioni è stato coltivato individualmente in un mezzo contenente una pellicola sottile di plastica PET a bassa cristallinità (1,9%).
  Questo batterio potrebbe essere coltivato.

• 2 ° passo  : Osservazione: un campione di sedimento ha formato un ammasso microbico ( biofilm ) su una pellicola di PET. La microscopia ha rivelato che conteneva una miscela di batteri, cellule, lieviti e protozoi . Questo biofilm ha eroso la superficie della pellicola di PET ad una velocità di 0,13  mg / cm 2 per giorno a 30  ° C .

• 3 ° fase  : isolamento del batterio: diluizioni seriali sono stati usati per isolare il batterio capace di degradare il PET. L'analisi microscopica ha mostrato che le sottodiluizioni che non contenevano i batteri del genere Ideonella hanno perso la loro capacità di degradare il pezzo di plastica. La conclusione è stata quindi che questo batterio era responsabile (o necessario) della degradazione del PET; il suo nome divenne quindi Ideonella sakaiensis 201-F6. Il film PET è stato gravemente danneggiato e quasi completamente degradato dopo 6 settimane a 30  ° C nella provetta contenente solo Ideonella sakaiensis .

• 4 ° passo  : L'enzima (petaso) che si è depositato sui film in PET iniziano a deteriorarsi (senza la presenza dei batteri).

Nel 2018, uno studio condotto per comprendere il funzionamento del suo enzima PETase ha portato fortuitamente alla produzione di un enzima di maggiore efficienza.

Caratteristiche

L'ideonella sakaiensis è un batterio gram-negativo aerobico .

Le cellule sono mobili con un flagello polare.

Crescono in un intervallo di pH tra 5.5 e 9.0 (in modo ottimale a pH 7-7,5) e 15- 42  ° C (temperatura ottimale: 30- 37  ° C ).

Spiegazioni

Lo studio del genoma del batterio ha permesso di identificare due enzimi responsabili della degradazione.

• Il primo (chiamato PET idrolasi o PETasi ), idrolizza il PET e lo trasforma in acido mono (2-idrossietil) tereftalico (MHET), acido tereftalico (TPA) e bis (2-idrossietil) tereftalato (BHET). Questa proteina è stata anche identificata come degradante da BHET a MHET. Il meccanismo di legame della PETasi rimane, tuttavia, sconosciuto.
• La seconda è l' idrolasi MHET o MHETasi , che appartiene alla famiglia delle tannasi ma non ha azione sugli esteri aromatici tipicamente idrolizzati da questa famiglia. Degrada MHET a TPA.

Entrambi gli enzimi sono più attivati ​​quando il terreno contiene PET; non erano mai stati identificati contemporaneamente nello stesso organismo prima.

Il processo di degradazione avviene al di fuori del batterio, ma quest'ultimo dispone di un sistema per "pompare" queste due molecole chimiche che servono poi da cibo carbonioso; i batteri hanno anche apparecchiature enzimatiche interne che porteranno alla produzione di acido protocatechico, che è facilmente assimilabile per il metabolismo basale.

Il TPA viene successivamente catabolizzato dai batteri come fonte di energia.

Limiti

L'efficacia dei batteri sulla degradazione della plastica PET è ridotta dal tasso di cristallinità convenzionalmente elevato del PET, limitando l' idrolisi .

Inoltre, il tempo di degradazione (0,13  mg / cm 2 al giorno a 30  ° C ) è relativamente lungo.

Potenziale tecnologico futuro

L'ideonella sakaiensis potrebbe essere considerata in una strategia di biorisanamento , nei sistemi di riciclaggio del polietilene tereftalato.

Per questo, gli scienziati suggeriscono di utilizzare processi di biotecnologia molecolare modificando la genetica dei batteri per ottenere un sistema di biorisanamento controllabile. Per superare i limiti attuali, si potrebbe considerare un pretrattamento del PET per aumentare le zone amorfe, o anche la modifica dei batteri per renderli più veloci ed efficienti nonostante l'alto grado di cristallinità.

Note e riferimenti

1. (it) Shosuke Yoshida, Kazumi Hiraga, Toshihiko Takehana, Ikuo Taniguchi, Hironao Yamaji e Yasuhito Maeda, “  Un batterio che degrada e assimila PET  ” , Science , vol.  351,11 marzo 2016, p.  1196-1199.
2. Science, DOI: 10.1126 / science.aad6359
3. ricercatori hanno accidentalmente progettato un enzima in grado di distruggere la plastica in modo più efficiente
4. (in) Kazumi Hiraga, Shosuke Yoshida, Somboon Tanasupawat, Kohei Oda e Toshihiko Takehana, "  Ideonella sakaiensis sp. nov., isolato da un consorzio microbico che degrada il poli (etilene tereftalato)  " , International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology , vol.  66, n o  8,1 ° agosto 2016, p.  2813-2818.
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Riferimenti tassonomici

• (en) Riferimento NCBI  : Ideonella sakaiensis Tanasupawat & al. 2016 ( taxa inclusi ) (consultato il18 aprile 2018)