アルカニボラックス・ボルクメンシス

アルカニボラックス・ボルクメンシス
科学的分類
ドメイン：	細菌
門:	シュードモナドタ
クラス：	ガンマプロテオバクテリア
注文：	オセアノスピリラ目
家族：	アルカニボラ科
属:	アルカニボラックス
種：	A.ボルクメンシス
二名法名
アルカニボラックス・ボルクメンシス ヤキモフら 1998 [1]
タイプ株
ATCC 700651 CIP 105606 DSM 11573 SK2

アルカニボラックス・ボルクメンシスはアルカンを分解する海洋細菌であり、窒素とリンの栄養素が補給されると、原油を含む海水中で自然に増殖し優勢になります。 ^{[2] [3]}

A. borkumensis は鞭毛を持たない棒状の細菌で、主にアルカン（炭化水素の一種）を摂取してエネルギーを得ている。好気性細菌で、酸素を使ってエネルギーを得る。また好塩性細菌で、塩分を含んだ海水などの環境に生息する傾向がある。グラム陰性細菌でもあり、細胞壁が比較的薄い。運動性もないが、同属と思われる他の生物は鞭毛を介して運動する。^{[4] [1]}

この微生物は、ボルクム島の近くでヘルムホルツ感染研究センターとブラウンシュヴァイク工科大学によって発見され（そのためボルクメンシスという名前^が付けられている ） 、2006年に彼らとビーレフェルト大学は細菌ゲノムの塩基配列を特定した。^[6]

A. borkumensisのゲノムは、 3,120,143 塩基対を含む単一の環状染色体です。石油の分解に高度に適応しています。たとえば、ゲノム上の特定の配列は、特定の範囲のアルカンの分解をコードしています。A . borkumensisゲノムには、それぞれが異なるタイプのアルカンをコードする多くの配列があり、適応性と汎用性が非常に高くなっています。また、分解プロセスを助けるバイオサーファクタントの形成に関する指示も含まれています。外部からの脅威に対処するため、A. borkumensisゲノムにはいくつかの防御メカニズムもコードされています。高濃度のナトリウムイオン (海水など) への対処と、地表で受ける紫外線からの保護は、どちらもA. borkumensis細菌にとって重要であり、そのゲノムにはこれらの問題を解決する方法が含まれています。^[7]

A. borkumensis は海水環境に自然に生息しています。石油（流出、自然油田、その他の発生源）を含む海洋地域でより一般的ですが、汚染されていない水にも少量存在します。世界中の沿岸環境と海洋環境の両方でさまざまな場所で発見されています。また、激しい潮流やその他の海流/流れのある地域でも繁殖します。水面上または水面近くでのみ見つかります。A . borkumensis は、 1.0～12.5% の塩分濃度および 4～35 °C の温度で生息できます。^{[1]油汚染環境に}A. borkumensisが豊富に存在するのは、細菌が油中の化合物をエネルギー源として使用するためであり、そのためA. borkumensisの個体群は油流出現場や同様の場所では自然に繁殖します。A. borkumensis は、その非常に柔軟なDNAと代謝により、Alcanivorax 属の他の種よりも優位に立っています。A . borkumensis は、 Acinetobacter venetianusなどの他のアルカン分解生物よりも優位に立っています。一定期間が経過すると、A. borkumensisとAcinetobacter venetianusを含む油分と塩分のある環境は、最終的にA. borkumensisによって支配されるようになります。これは、A. borkumensis が他の既知の種よりも幅広い種類のアルカンを消費できるためです。^[8]

A. borkumensisは主にアルカンをエネルギー源/炭素源として利用しますが、他の有機化合物もいくつか利用できます。他のほとんどの細胞とは異なり、糖やアミノ酸などのより一般的な物質をエネルギー源として消費することはできません。これは、能動的または受動的な炭水化物輸送体をコードする遺伝子がないため、単量体糖を消費できないためです。^[9]

A. borkumensisでは、いくつかの異なる酵素がアルカン分子の酸化を担っています。アルカンの好気的代謝は末端アルカン酸化経路によって行われ、モノオキシゲナーゼが末端炭素の酸化を開始します。この一連の経路では、最初にアルコールが生成され、次にアルコールとアルデヒドの脱水素酵素が生成され、最終的にアルデヒドと脂肪酸がそれぞれ生成されます。^[10]

石油流出後、炭素/窒素および炭素/リン比の大きな不均衡が観察されることがあります。このため、A. borkumensisは、環境中で制限されている主要な栄養素を迅速に吸収できるようにする無数の輸送タンパク質を持っています。^[9] A. borkumensis細菌の個体群の成長率を高めるために、リンおよび窒素化合物を環境に加えることができます。これらの物質は細菌の肥料として機能し、細菌の成長を速めます。

A. borkumensis細菌がアルカンまたはピルビン酸をエネルギー源として使用すると、各細胞はバイオサーファクタントを形成します。バイオサーファクタントは、細胞膜に沿って形成される追加の物質層です。A . borkumensisのバイオサーファクタントを構成する物質は、水の表面張力を低下させ、油の分解を助けます。これらは乳化剤でもあり、油/水エマルジョンを形成し、油をより溶解しやすくします。A . borkumensis は海水中の油滴の周りにバイオフィルムを形成し、バイオサーファクタントと代謝を利用して油を水溶性物質に分解します。^[11]

石油はほとんどの生物にとって有毒であり、石油による環境汚染は大きな生態学的問題を引き起こします。海に流入する石油の相当量は、微生物群集の微生物分解活動によって除去されます。最近発見された炭化水素分解菌であるA. borkumensis は、海水環境で石油を分解することができます。炭化水素分解菌の語源は「分解する」で、何かを部分 (この場合は炭化水素) に分割できることを意味します。原油、つまり石油は主に炭化水素で構成されており、炭化水素は長い炭素原子の鎖に水素原子が結合した生成物です。ほとんどの生物が炭素/エネルギー源として糖やアミノ酸を使用するのに対し、A. borkumensis は代謝過程で炭化水素の一種であるアルカンを使用します。この食事により、 A. borkumensis は石油流出の影響を受けた海洋環境で繁栄することができます。A . borkumensis は代謝を通じて、油を無害な化合物に分解することができます。この能力により、この特定の種は、石油汚染された海洋環境の生物学的修復の主要な潜在的供給源となります。

石油流出は、石油の輸送中または採掘中に発生する可能性があります。このような流出により、大量の石油が海洋に流出し、環境を汚染し、近くや遠くの生態系に影響を及ぼす可能性があります。

通常、生態系が油流出から完全に回復するには（回復するとしても）何年もかかるため、科学者たちは油流出の影響を受けた地域の浄化を早める方法を模索してきました。これまでのほとんどの取り組みでは、人間の直接的な関与/労働によって環境から油を物理的に除去しています。しかし、A. borkumensis は代替案となる可能性があります。A . borkumensis は自然に油分子を分解して汚染のない状態にするため、生態系が油流出災害から迅速に回復するのに役立ちます。この生物は油で汚染された海水でも自然に生育するため、在来種です。A . borkumensis が油を分解するプロセスを高速化または効率化できれば、生態系の回復に役立ちます。いくつかの例としては、A. borkumensisの成長を促進して（リンと窒素の施肥を通じて）、より多くの A. borkumensis が油を分解するようにしたり、A. borkumensisの代謝を促進して代謝をより速く、より多く行うようにしたりすることが挙げられます。^[1]

サビロバ氏らは、アシルコエンザイムA（CoA）チオエステラーゼ遺伝子を破壊することで、この生物を変異させ、ポリヒドロキシアルカン酸（PHA）を過剰生産させることに成功した。その後、変異体アルカニボラックスから培養培地から放出された大量のPHAを比較的容易に回収することができた。 ^{[10]これまでは、細胞内顆粒からPHAを回収するためには、高価で環境に有害な溶媒を使用する必要があった。これにより、変異体}アルカニボラックスを利用する工場で環境に優しいポリマーを生産することが可能になった。^[9]

• BacDive - 細菌多様性メタデータベースにおける Alcanivorax borkumensis の標準株