Ideonella sakaiensis
 | บทความนี้มีชื่อเป็นภาษาอังกฤษ เนื่องจากยังไม่มีชื่อภาษาไทยที่กระชับ เหมาะสม, ไม่ปรากฏคำอ่านที่แน่ชัด หรือไม่ปรากฏคำแปลที่ใช้ในทางวิชาการ |
| Ideonella sakaiensis | |
|---|---|
การจำแนกชั้นทางวิทยาศาสตร์ 
| |
| โดเมน: | แบคทีเรีย Bacteria |
| ไฟลัม: | Proteobacteria Proteobacteria |
| ชั้น: | Betaproteobacteria Betaproteobacteria |
| อันดับ: | Burkholderiales Burkholderiales |
| วงศ์: | Comamonadaceae Comamonadaceae |
| สกุล: | Ideonella Ideonella โยชิดะและคณะ 2016[1] |
| สปีชีส์: | Ideonella sakaiensis |
| ชื่อทวินาม | |
| Ideonella sakaiensis โยชิดะและคณะ 2016[1] | |
Ideonella sakaiensis เป็นแบคทีเรียจากสกุล Ideonella และวงศ์ Comamonadaceae ที่สามารถย่อยสลายและบริโภคพลาสติก polyethylene terephthalate (PET) โดยใช้เป็นทั้งแหล่งคาร์บอนและแหล่งพลังงาน แบคทีเรียนี้ได้แยกออกมาจากตัวอย่างตะกอนที่เก็บได้จากนอกสถานที่รีไซเคิล ขวดพลาสติก ในเมืองซากาอิ ประเทศญี่ปุ่น[2]
การค้นพบ
[แก้]Ideonella sakaiensis ถูกระบุครั้งแรกในปี 2016 โดยทีมวิจัยที่นำโดย โคเฮ โอดะ จากสถาบันเทคโนโลยีเกียวโตและ เคนจิ มิยาโมโตะ จากมหาวิทยาลัยเคโอ หลังจากเก็บตัวอย่างตะกอนที่ปนเปื้อน PET ที่โรงงานรีไซเคิลขวดพลาสติกในซาไก ประเทศญี่ปุ่น[2][3] แบคทีเรียนี้ถูกแยกออกจากกลุ่มจุลชีพในตัวอย่างตะกอน ซึ่งรวมถึง โปรโตซัว และเซลล์คล้ายยีสต์ ชุมชนจุลินทรีย์ทั้งหมดสามารถเปลี่ยนแปลง 75% ของ PET ที่ย่อยสลายแล้วให้กลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้เมื่อถูกย่อยสลายและ ดูดซึม โดย Ideonella sakaiensisในครั้งแรก[2]
การจำแนกประเภท
[แก้]คุณลักษณะทางกายภาพ
[แก้]Ideonella sakaiensis เป็นแบคทีเรียที่ แกรมลบ ใช้พลังงานจากการหายใจแบบใช้ออกซิเจน และมีรูปร่างเป็นแท่ง เซลล์มีการเคลื่อนที่ได้และมี แฟลเจลลัม เพียงหนึ่งเส้น โคโลนีของ I. sakaiensis ไม่มีสี เรียบ และมีรูปร่างเป็นวงกลม ขนาดของแบคทีเรียนี้มีตั้งแต่ 0.6 ถึง 0.8 μm ในความกว้าง และ 1.2-1.5 μm ในความยาว[4]
คุณลักษณะทางเคมี
[แก้]I. sakaiensis ยังให้ผลบวกต่อการทดสอบ ออกซิเดส และ catalase แบคทีเรียสามารถเจริญเติบโตได้ที่ช่วง pH 5.5 ถึง 9.0 (โดยมีความเหมาะสมที่ 7 ถึง 7.5) และอุณหภูมิที่ 15–42 องศาเซลเซียส (59–108 องศาฟาเรนไฮต์) (โดยมีความเหมาะสมที่ 30–37 องศาเซลเซียส (86–99 องศาฟาเรนไฮต์)).
การใช้คุณลักษณะ
[แก้]ความเป็นแกรมลบของแบคทีเรียนี้ทำให้มีความต้านทานและยีนที่อาจรวมถึงความต้านทานต่อยาปฏิชีวนะ ความเป็นแกรมลบยังหมายถึงว่ามีผนังเซลล์ที่บางและมีไขมันสูง[ต้องการอ้างอิง]
ลักษณะการใช้พลังงานจากการหายใจแบบใช้ออกซิเจนของแบคทีเรียนี้หมายความว่าสามารถเจริญเติบโตและมีชีวิตอยู่ได้เฉพาะในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจน Ideonella sakaiensis และแบคทีเรียแบบใช้ออกซิเจนอื่น ๆ จึงสามารถอยู่รอดในดินที่มีออกซิเจนและชื้น[ต้องการอ้างอิง]
แฟลเจลลัมที่ติดอยู่กับแบคทีเรียนี้ทำหน้าที่เป็นอวัยวะเคลื่อนที่และสามารถหมุนและผลักดันเซลล์ไปในสภาพแวดล้อมของแบคทีเรียโดยสร้างการเคลื่อนไหว แบคทีเรียนี้ยังแสดงให้เห็นว่าสามารถเจริญเติบโตบนพื้นผิวของพอลิเอทิลีน เทเรฟทาเลต (PET) ซึ่งเป็นพลาสติก โดยการยึดเกาะกับพื้นผิวของพลาสติกผ่านแฟลเจลลัมที่บาง และปล่อยเอนไซม์ย่อยสลาย PET ลงบนพื้นผิว PET ที่เรียกว่า PETase[ต้องการอ้างอิง]
จากการวิเคราะห์ฟิโลเจนี สปีชีส์นี้ถูกแสดงให้เห็นว่าเป็นส่วนหนึ่งของสกุล Ideonella แต่มีจีโนมที่แตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากสปีชีส์อื่น ๆ ที่รู้จักในสกุลนี้ รวมถึง Ideonella dechloratans และ Ideonella azotifigens ซึ่งเป็นเหตุผลที่สนับสนุนการจำแนกประเภทเป็นสปีชีส์ใหม่[4]
การย่อยสลายและการนำ PET ไปใช้
[แก้]
Ideonella sakaiensis เกาะติดกับพื้นผิว PET และใช้ ไฮโดรเลส ที่ปล่อยออกมา หรือ PETase เพื่อย่อยสลาย PET ให้เป็น โมโน (2-ไฮดรอกซีเอทิล) เทเรฟทาเลต (MHET) ซึ่งเป็น เฮเทอโรดีเมอร์ ที่ประกอบด้วย เทเรฟทาเลต (TPA) และ เอทิลีนไกลคอล PETase ยังช่วยย่อย PET ให้เป็นสารกลางอีกชนิดหนึ่งที่เรียกว่า Bis- (2-hydroxyethyl) terephthalate (BHET) ซึ่ง BHET สามารถแปรสภาพเป็น MHET ได้หลังจากการไฮโดรลิซิสของ PET[5]
I. sakaiensis PETase ทำงานโดยการไฮโดรไลซ์พันธะเอสเตอร ที่มีอยู่ใน PET ด้วยความเฉพาะเจาะจงสูง ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือ MHET จะถูกย่อยสลายให้เป็นองค์ประกอบโมโนเมอร์สองชนิดโดยเอนไซม์ MHET ไฮโดรเลส หรือ MHETase ที่ติดอยู่กับเยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอก[2] กลไกโดยรวมของการย่อยสลายพลาสติก PET จะแสดงในภาพด้านบน องค์ประกอบโมโนเมอร์ เช่น เอทิลีนไกลคอล จะถูกนำเข้าไปใช้โดย I. sakaiensis และแบคทีเรียอื่น ๆ หลายชนิด[2][6]
อีกองค์ประกอบหนึ่งคือ เทเรฟทาเลต ซึ่งเป็นสารประกอบที่มีความคงทนมากกว่า จะถูกนำเข้าสู่เซลล์ของ I. sakaiensis ผ่านโปรตีนขนส่งเทเรฟทาเลต เมื่อเข้าไปในเซลล์ โมเลกุลเทเรฟทาเลตที่มีโครงสร้างอะโรมาติกจะถูกออกซิไดซ์โดย terephthalic acid-1, 2-dioxygenase และ 1, 2-dihydroxy-3, 5-cyclohexadiene-1, 4-dicarboxylate dehydrogenase ให้เป็นสารกลางที่เรียกว่า catechol วงแหวนของสาร catechol จะถูกตัดขาดโดย PCA 3, 4-dioxygenase ก่อนที่จะรวมเข้าไปในเส้นทางการเผาผลาญอื่น ๆ (เช่น TCA cycle) [2]
ดังนั้น โมเลกุลทั้งสองที่ได้จาก PET จะถูกใช้โดยเซลล์เพื่อผลิตพลังงานและสร้างโมเลกุลชีวภาพที่จำเป็น ในที่สุด คาร์บอนที่ถูกนำไปใช้จะถูกแร่ธาตุให้กลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และปล่อยออกสู่บรรยากาศ[2]
ผลกระทบและการใช้งาน
[แก้]การค้นพบ Ideonella sakaiensis มีความสำคัญต่อการย่อยสลายพลาสติก PET ก่อนการค้นพบนี้ แบคทีเรียและเชื้อราที่สามารถย่อยสลาย PET ได้มีเพียงไม่กี่ชนิด เช่น Fusarium solani และไม่มีสิ่งมีชีวิตใดที่ทราบแน่ชัดว่าย่อยสลาย PET เป็นแหล่งคาร์บอนและพลังงานหลัก[2] การค้นพบ I. sakaiensis กระตุ้นให้มีการอภิปรายเกี่ยวกับการย่อยสลาย PET ในฐานะวิธีการ การรีไซเคิล และ การบำบัดสารมลพิษทางชีวภาพ[2]
แบคทีเรีย พันธุ์ป่า สามารถตั้งรกรากและทำลายฟิล์ม PET ที่มีความหนา 0.2 มม. ได้ในประมาณ 6 สัปดาห์ และเอนไซม์ PETase ที่รับผิดชอบจะแสดงให้เห็นว่าย่อยสลาย PET ที่มีความผลึกสูง (hard) ได้ช้ากว่า PET ที่มีความผลึกต่ำ (soft) ประมาณ 30 เท่า (180 สัปดาห์ หรือมากกว่า 3 ปี) [2] จำนวนมากของ PET ที่ผลิตขึ้นมามีความผลึกสูง (เช่น ขวดพลาสติก) ดังนั้นจึงคิดว่าการนำเอนไซม์ PETase ของ I. sakaiensis ไปใช้ในโปรแกรมรีไซเคิลจะต้องมีการปรับแต่งทางพันธุกรรมของเอนไซม์ก่อน[2][7]
เอนไซม์ MHETase ยังสามารถได้รับการปรับแต่งและนำไปใช้ในการรีไซเคิลหรือการฟื้นฟูสิ่งแวดล้อมร่วมกับเอนไซม์ PETase โดยจะช่วยย่อยสลาย MHET ที่ผลิตจาก PETase ให้กลายเป็นเอทิลีนไกลคอลและเทเรฟทาเลต[2] เมื่อได้สองสารประกอบนี้มาแล้ว สามารถย่อยสลายเพิ่มเติมให้กลายเป็นคาร์บอนไดออกไซด์โดย I. sakaiensis หรือจุลินทรีย์อื่น ๆ หรือสามารถทำให้บริสุทธิ์และใช้ในการผลิต PET ใหม่ในโรงงานรีไซเคิลในอุตสาหกรรมได้[2][8]
Ideonella sakaiensis กำลังถูกศึกษาถึงความสามารถในการย่อยสลาย PET ในฟาร์มเลี้ยงปลาโดยใช้น้ำเสีย ซึ่งสายพันธุ์ต่าง ๆ ของแบคทีเรียนี้ไม่แสดงให้เห็นถึงการคุกคามต่อการเติบโตและการเพาะเลี้ยงปลา แบคทีเรียชนิดนี้ใช้ PET เป็นแหล่งคาร์บอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสามารถเจริญเติบโตในน้ำเสียและระบบนิเวศที่มีมลพิษจากพลาสติก ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการเป็นสารต่อต้านมลพิษที่มีต้นทุนต่ำ[9]
การปรับแต่งพันธุกรรม
[แก้]เอนไซม์ย่อยสลายพลาสติก PET ของ Ideonella sakaiensis ที่เรียกว่า PETase ได้ถูกปรับแต่งทางพันธุกรรมและรวมกับ MHETase เพื่อทำลาย PET ให้เร็วขึ้น ซึ่งยังช่วยย่อยสลาย PEF (polyethylene furanoate) plastics ด้วย วิธีนี้และวิธีการอื่น ๆ อาจเป็นประโยชน์ในกระบวนการรีไซเคิลและการอัพไซเคิลพลาสติกที่ผสมกัน[10][11][12]
ระบบการกรองการแข็งตัว
[แก้]ในปี 2021 นักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 5 ชื่อจูเลีย สจ๊วต และเจคอบ พาร์ค ได้สร้างแนวคิดระบบการกรองการแข็งตัวสำหรับการประกวด Toshiba's ExploraVision โดยใช้ Ideonella sakaiensis ในกระบวนการที่กรอง แข็งตัว เกาะตัว และตกตะกอนน้ำในวิธีที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมและมีประสิทธิภาพมากขึ้น[13][14][15] โครงการนี้ได้รับรางวัลในกลุ่ม 4-6 ของ ExploraVision ในสหรัฐอเมริกา[13][14]
อ้างอิง
[แก้]- ↑ Yoshida S, Hiraga K, Takehana T, Taniguchi I, Yamaji H, Maeda Y, และคณะ (March 2016). "A bacterium that degrades and assimilates poly (ethylene terephthalate)". Science. 351 (6278): 1196–1199. Bibcode:2016Sci...351.1196Y. doi:10.1126/science.aad6359. PMID 26965627. S2CID 31146235.
- ↑ 2.00 2.01 2.02 2.03 2.04 2.05 2.06 2.07 2.08 2.09 2.10 2.11 2.12 Yoshida S, Hiraga K, Takehana T, Taniguchi I, Yamaji H, Maeda Y, และคณะ (March 2016). "A bacterium that degrades and assimilates poly (ethylene terephthalate)". Science. 351 (6278): 1196–1199. Bibcode:2016Sci...351.1196Y. doi:10.1126/science.aad6359. PMID 26965627. S2CID 31146235. "Discovery of a Bacterium that Degrades and Assimilates Poly (ethylene terephthalate) could Serve as a Degradation and/or Fermentation Platform for Biological Recycling of PET Waste Products" (PDF). Kyoto Institute of Technology (Press release). 2016-03-30.
- ↑ Ong, Sandy (24 August 2023). "The living things that feast on plastic". Knowable Magazine | Annual Reviews. doi:10.1146/knowable-082423-1.
- ↑ 4.0 4.1 Yoshida S, Hiraga K, Takehana T, Taniguchi I, Yamaji H, Maeda Y, และคณะ (March 2016). "A bacterium that degrades and assimilates poly (ethylene terephthalate)". Science. 351 (6278): 1196–1199. Bibcode:2016Sci...351.1196Y. doi:10.1126/science.aad6359. PMID 26965627. S2CID 31146235.
- ↑ Puspitasari N, Tsai SL, Lee CK (April 2021). "Class I hydrophobins pretreatment stimulates PETase for monomers recycling of waste PETs" (PDF). International Journal of Biological Macromolecules. 176: 157–164. doi:10.1016/j.ijbiomac.2021.02.026. PMID 33561457. S2CID 231865499.
- ↑ Pearce BA, Heydeman MT (1980-05-01). "Metabolism of Di (ethylene glycol) [2- (2'-Hydroxyethoxy) ethanol] and Other Short Poly (ethylene glycol) s by Gram-negative Bacteria". Microbiology. 118 (1): 21–27. doi:10.1099/00221287-118-1-21. ISSN 1350-0872.
- ↑ Coghlan A. "Bacteria found to eat PET plastics could help do the recycling". New Scientist. สืบค้นเมื่อ 2016-03-18.
- ↑ Al-Sabagh AM, Yehia FZ, Eshaq G, Rabie AM, El Metwally AE (March 2016). "Greener routes for recycling of polyethylene terephthalate". Egyptian Journal of Petroleum. 25 (1): 53–64. doi:10.1016/j.ejpe.2015.03.001.
- ↑ Misra J (April 2020). "Managing Wastewater Using Plastic Eating Bacteria - A Sustainable Solution for Sewage Fed Fisheries". Journal of the Indian Chemical Society. 97 (4): 513–519.
- ↑ Carrington D (28 September 2020). "New super-enzyme eats plastic bottles six times faster". The Guardian. สืบค้นเมื่อ 12 October 2020.
- ↑ "Plastic-eating enzyme 'cocktail' heralds new hope for plastic waste". phys.org (ภาษาอังกฤษ). สืบค้นเมื่อ 12 October 2020.
- ↑ Knott BC, Erickson E, Allen MD, Gado JE, Graham R, Kearns FL, และคณะ (October 2020). "Characterization and engineering of a two-enzyme system for plastics depolymerization". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 117 (41): 25476–25485. Bibcode:2020PNAS..11725476K. doi:10.1073/pnas.2006753117. PMC 7568301. PMID 32989159.
- ↑ 13.0 13.1 "Eight Student Teams Named National Winners of 29th Annual ExploraVision Challenge". news.toshiba.com (ภาษาอังกฤษแบบอเมริกัน). สืบค้นเมื่อ 2021-12-03.
- ↑ 14.0 14.1 "Introducing the 2021 ExploraVision National Winners". www.exploravision.org. 18 May 2021. สืบค้นเมื่อ 2021-12-03.
- ↑ "Home | Coagulation Filtration System". ExploraVision.PPT te (ภาษาอังกฤษ). สืบค้นเมื่อ 2021-12-03.
แหล่งข้อมูลอื่น
[แก้] | บทความชีววิทยานี้ยังเป็นโครง คุณสามารถช่วยวิกิพีเดียได้โดยการเพิ่มเติมข้อมูล |