改変されたバクテリアがペットボトルをバニリンに変えた

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ビデオ: 回収された使用済みペットボトルはどうなるのか? 2023, 2月
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Anonim
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バニリン(4-ヒドロキシ-3-メトキシベンズアルデヒド)の化学式

スコットランドの生化学者は、構築された大腸菌株を使用して、PETボトルから得られたテレフタル酸をバニリンに変換しました。この作品は、ジャーナルGreenChemistryに掲載されました。通常、リサイクルされた原材料は新しいペットボトルの製造に使用されますが、科学者は食品(だけでなく)業界にとって重要な物質を取得するためのアップサイクリング方法を提案しています。

世界のプラスチックの5分の1はポリエチレンテレフタレート(PET)で、主に水や炭酸飲料のボトルなどの繊維製品やパッケージの製造に使用されています。したがって、研究者たちは環境に害を与えることなくPETをリサイクルする方法を探しています。

2016年、日本の微生物学者は、ポリエチレンテレフタレート植物の近くの土壌を調べて、PETを加水分解できる細菌株Ideonella sakaiensis201-F6を分離しました。微生物は特別な酵素の助けを借りて、ポリエチレンテレフタレートをそのモノマーであるテレフタル酸とエチレングリコールに分解します。これらのバクテリアは、摂氏30度の温度で6週間で薄い(0.2ミリメートル)ポリマーフィルムを処理することができます。

そして昨年、トゥールーズ大学のフランスの科学者たちは、イデオネラ・サカイエンシスの酵素よりも効率的に機能する改良された加水分解酵素を合成することに成功しました。10時間でPETの最大90%をモノマーに分解することができました。この酵素は、葉の堆肥から得られたクチナーゼLCCでもありました。科学者たちは、LCCがPETを加水分解してテレフタル酸を形成するのに他の酵素より33倍効率的であることを発見しました。次に、研究者らはタンパク質工学を通じてLCCの酵素活性と熱安定性をさらに改善しようとしました。その結果、専門家は、PETの99.8パーセントをモノマーに切断するPET加水分解酵素のバージョンに落ち着きました。

現在、エジンバラ大学の生化学者Joanna C.SadlerとStephenWallaceは、フランスで強化されたクチナーゼLCCを使用して、PETからテレフタル酸を抽出し、さらに一歩進めています。スコットランドの研究者は、テレフタル酸をバニリンに変えるために改変された大腸菌を使用しました。

バニリンは、食品や化粧品業界だけでなく、医薬品、除草剤、洗浄剤の合成にも広く使用されています。バニリンの世界的な需要は2018年には約37,000トンでしたが、2025年末までに59,000トンを超える予定です。

研究者らは、以前はグルコースからのバニリンの生合成に使用されていた大腸菌MG1655RARE株を選択しました。生化学者は、5つの酵素をコードする遺伝子を含むハイブリッドプラスミドで細菌を形質転換しました。これらの酵素は、中間体(3,4-ジヒドロキシ安息香酸、3,4-ジヒドロキシベンズアルデヒド、およびバニリン酸)の形成を介して、テレフタル酸からバニリンへの変換を触媒しました。

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中間生成物の形成を伴うテレフタル酸のバニリンへの酵素的変換の段階

バニリンの収量を増やすために、科学者たちはさまざまな添加剤を使用し、培地の適切な酸性度を選択することによって反応条件を最適化しました。 6〜8のpH値では、テレフタル酸の中間生成物である3,4-ジヒドロキシ安息香酸への定量的変換が減少しました。 pH 5、5では、テレフタル酸の細菌細胞への最大拡散が観察され、酸性環境によって引き起こされる細胞のストレスは最小限でした。

研究者たちはさらに、この方法が使用済みペットボトルでどのように機能するかを実証しました。まず、生化学者はLCC酵素を使用してPETをテレフタル酸(摂氏72度)に変換しました。次に、反応混合物を室温に冷却し、それに改変大腸菌を加えた。最終生成物の量は、高速液体クロマトグラフィーを使用して評価された。 24時間の酵素反応の後、バニリンが79パーセントの収率で得られた。

プラスチックのリサイクルの問題は今や非常に重要です。人間の活動によるこの製品は新しい場所を汚染します。マイクロプラスチックは、土壌や水域だけでなく、空気、塩、人間の排泄物、蚊にも含まれています。プラスチックの粒子は南極の無脊椎動物の腸でも発見されています。つまり、プラスチックの廃棄物は、壊れやすい南極の生態系の食物網にも定着しています。

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