科学者たちはアルプスで微生物を発見し、

低温でのプラスチックの生分解により、お金とエネルギーを節約できる

フロンティア

プラスチックを消化できる生物の発見、培養、生物工学は、汚染の除去に役立つだけでなく、現在では大きなビジネスにもなっています。 これを行うことができる微生物はすでにいくつか見つかっていますが、これを可能にする微生物の酵素が工業規模で適用される場合、それらは通常 30°C を超える温度でのみ機能します。 加熱が必要なため、産業用アプリケーションは現在に至るまでコストがかかり、カーボンニュートラルではありません。 しかし、この問題には解決策の可能性があります。それは、低温でも酵素が働く特殊な寒冷適応微生物を見つけることです。

スイス連邦研究所WSLの科学者たちは、そのような微生物をどこで探せばよいのか、つまり自国のアルプスの高地や極地などを知っていた。 彼らの発見は「Frontiers in Microbiology」に掲載されています。

「ここで我々は、高山および北極土壌の『プラスチスフェア』から得られた新規微生物分類群が、15℃で生分解性プラスチックを分解できることを示した」と、筆頭著者で現在WSLの客員科学者であるジョエル・ルーティ博士は述べた。 「これらの生物は、プラスチックの酵素リサイクルプロセスのコストと環境負荷の削減に役立つ可能性があります。」

Rüthiらは、グリーンランド、スバールバル諸島、スイスで、放し飼いまたは意図的に埋められたプラスチック（地中に1年間保管）上で増殖する19株の細菌と15株の真菌をサンプリングした。 スバールバル諸島のプラスチックごみのほとんどは、学生たちがフィールドワークを行って気候変動の影響を直接目撃したスイス北極プロジェクト 2018 中に収集されたものでした。 スイスからの土壌は、グラウビュンデン州のムオット・ダ・バルバ・パイダー山（標高2,979メートル）の頂上とヴァル・ラビルン渓谷で採取された。

科学者らは、単離した微生物を実験室の暗闇、15℃で単一株培養物として増殖させ、分子技術を使用して微生物を同定した。 その結果、細菌株は放線菌門とプロテオバクテリア門の13属に属し、真菌は子嚢菌門と粘菌門の10属に属することが判明した。

驚くべき結果

次に、一連のアッセイを使用して、非生分解性ポリエチレン (PE) と生分解性ポリエステル - ポリウレタン (PUR)、およびポリブチレン アジピン酸テレフタレート (PBAT) の 2 つの市販の生分解性混合物の滅菌サンプルを消化する能力について各菌株をスクリーニングしました。そしてポリ乳酸（PLA）。

これらのプラスチック上で 126 日間培養した後でも、どの菌株も PE を消化できませんでした。 しかし、11 の菌類と 8 つの細菌を含む 19 菌株 (56%) は 15°C で PUR を消化できましたが、14 の菌類と 3 つの細菌は PBAT と PLA のプラスチック混合物を消化できました。 核磁気共鳴 (NMR) と蛍光ベースのアッセイにより、これらの菌株が PBAT ポリマーと PLA ポリマーをより小さな分子に切り刻むことができることが確認されました。

「試験した菌株の大部分が、試験したプラスチックの少なくとも 1 つを分解できることが判明したことは、私たちにとって非常に驚きでした」とリューティ氏は語った。

最も優れた成績を収めたのは、Neodevriesia 属と Lachnellula 属の 2 つの未特徴の真菌種でした。これらは、PE を除くすべてのテストされたプラスチックを消化することができました。 また、結果は、プラスチックを消化する能力がほとんどの菌株の培地に依存しており、試験した 4 つの培地のそれぞれに対して各菌株が異なる反応を示すことも示しました。

植物ポリマーを消化する能力の副作用

プラスチックを消化する能力はどのように進化したのでしょうか? プラスチックが存在したのは 1950 年代以降であるため、プラスチックを分解する能力は、もともと自然選択の対象となった形質ではなかったのはほぼ間違いありません。

「微生物は、植物の細胞壁の破壊に関与するさまざまなポリマー分解酵素を生産することが示されています。特に植物病原性真菌は、プラスチックを標的とするクチナーゼを生産する能力があるため、ポリエステルを生分解することがよく報告されています」ポリマーは植物ポリマーのクチンに似ているためです」と、WSL の上級科学者でグループリーダーである前回の著者であるビート・フレイ博士は説明しました。

課題は残る

Rüthiら以来。 15℃での消化テストのみが行われており、成功した菌株の酵素が機能する最適温度はまだわかっていません。

「しかし、試験した株のほとんどは4℃から20℃の間でよく生育でき、最適温度は約15℃であることがわかっています」とフレイ氏は述べた。

「次の大きな課題は、微生物株によって生成されるプラスチック分解酵素を特定し、大量のタンパク質を得るプロセスを最適化することです。さらに、タンパク質の安定性などの特性を最適化するには、酵素のさらなる改変が必要になる可能性があります。」 。

微生物学のフロンティア

10.3389/fmicb.2023.1178474

実験研究

適用できない

高山および北極の陸上プラスティス圏から分離されたプラスチック分解微生物株の発見

2023 年 5 月 10 日

著者らは、この論文で報告されている研究に影響を与えた可能性がある既知の競合する経済的利益や個人的関係を持っていないことを宣言します。 Michael Sander と Mattia Cerri は、ポリマー生分解に関連する他のプロジェクトで BASF SE と協力することを宣言し、Michael Sander はこれらのプロジェクトに対する BASF SE からの資金提供を受けました。

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