牛の胃の再生プラスチックからの微生物

ビデオ: 牛の胃の再生プラスチックからの微生物

Отличия серверных жестких дисков от десктопных
ビデオ: 牛の胃袋 ルーメンはすごい 2023, 1月
牛の胃の再生プラスチックからの微生物
牛の胃の再生プラスチックからの微生物
Anonim
Image
Image

オーストリアの研究者は、牛の胃の微生物から分泌される酵素を使用してプラスチックを処理する方法を実証しました。ジャーナルFrontiersin Bioengineering and Biotechnologyに掲載された論文では、科学者は3つのポリエステル(ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンフラネート(PEF)、ポリブチレンアジペートテレフタレート(PBAT))を牛の4腔胃からのルーメン液を使用して加水分解しました。

現在までにヨーロッパでは2,580万トンのプラスチック廃棄物が蓄積されており、そのうち約15%がポリエステル、主にポリエチレンテレフタレートであり、そこから繊維、包装、水用ボトル、炭酸飲料が作られています。一般的に使用されるポリエステルには、ポリブチレンアジペートテレフタル酸も含まれます。これは、1,4-ブタンジオール、アジピン酸、およびテレフタル酸から合成されたコポリマーです。ポリエステルのもう1つの重要な代表例は、再生可能な資源から得られた、モノマーが2,5-フランジカルボン酸であるポリエチレンフラネートです。

バクテリアを使用した酵素加水分解は、現在、プラスチックのリサイクルに有望な方法です。たとえば、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。これらのバクテリアは、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した。そして昨年、トゥールーズ大学のフランスの科学者は、葉の堆肥から得られるクチナーゼ酵素LCCを改良しました。これは、イデオネラサカイエンシスの酵素よりも効率的に機能し、PETの最大90%を10時間でモノマーに分解することができました。 。しかし、処理プロセスをスケールアップするには、より効率的な酵素が依然として必要です。

現在、ウィーン自然資源生命科学大学のFelice Quartinelloが率いる研究者は、反芻動物のルーメンから微生物によって生成された酵素を使用してポリエステルを分解することを決定しました。食肉処理場が広く使用されていることを考えると、このプロセスは将来的に拡張することができます。

ルーメンは牛の胃の最大の部分です。ルーメン微生物叢には、ルーメン液1ミリリットルあたり約1010の微生物が含まれており、数百種の住民によって代表され、そのほとんどが繊維、デンプン、糖を消化するための酵素を生成します。反芻動物の餌には植物ポリエステルが含まれているため、動物に生息する微生物の中には、エステル結合を分解する酵素(エステラーゼ、リパーゼ、クチナーゼ)を合成できるものがあります。

研究者たちはオーストリアの食肉処理場の1つを訪れ、牛からルーメン液を収集しました。次に、この液体を粉末およびフィルムの形の3つのポリエステル(PET、PEF、PBAT)とインキュベートして、ポリマーがさまざまな形でどれだけ効率的に加水分解するかを確認しました。科学者は、リン酸カリウム緩衝液中の2ミリリットルのルーメン液とともに5グラムの粉末(各ポリマー)をインキュベートしました。インキュベーションは、オービタルシェーカー内で150rpm、摂氏40度で72時間行った(ルーメンの場合と同様)。次に、研究者たちは、1.5 x 1センチメートルの寸法のポリマーフィルム(PET、PBAT、およびPEF)で同じことを行いました。

次に、高速液体クロマトグラフィーを使用して、科学者は3つすべてのポリマーの酵素加水分解の生成物を分析しました。 PETの切断生成物は、テレフタル酸、モノ-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレート、およびビス-(2-ヒドロキシエチル)テレフタレートでした。 PBATは加水分解されてモノヒドロキシブチルテレフタレートとビス-(4-ヒドロキシブチル)テレフタレートを形成し、PEP分解生成物は2,5-フランジカルボン酸でした。

Image
Image

PET(A)、PBAT(B)、およびPEF(C)ポリマー粉末をルーメン液とインキュベートした後の加水分解生成物

72時間後、0.6および0.75ミリモルの加水分解生成物がPETおよびPBATから形成され、4.8ミリモルの生成物がPEPから得られました。粉末の形のポリマーの酵素的加水分解は、フィルムの加水分解よりも優れていた。ただし、フィルムの場合も粉末の場合も、PEFは他のポリマーよりも効率的に切断しました。これは、酵素の収着を改善するポリマー鎖の柔軟性によるものです。さらに、鎖長と分子間結合が加水分解に影響を与える可能性があります。

Image
Image

PET(A)、PBAT(B)、およびPEF(C)ポリマーフィルムをルーメン液とインキュベートした後の加水分解生成物

ルーメンの微生物群集を特定するために、研究者らは、シーケンシングのために1ミリリットルのルーメン液から遺伝物質を分離しました。ルーメン内の細菌は、ポリエステルの加水分解に重要な役割を果たす可能性のあるシュードモナス属の細菌によって支配されていました。これらの細菌は、エステル結合を加水分解するエステラーゼ、リパーゼ、およびクチナーゼを合成できることが知られています。ルーメンに生息する真菌(アスペルギルス、ペニシリウム、カンジダ)は、さまざまな加水分解酵素(リパーゼ、エステラーゼ)を生成できるため、ポリマーの加水分解に関与します。研究者によると、微生物群集は、さまざまなルーメン居住者によって合成された酵素の組み合わせにより、ポリエステルを効率的に加水分解する可能性があります。

プラスチックを微生​​物と一緒にリサイクルすることは有望な方法です。最近、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。

トピックによって人気があります