イデオネラ・サカイエンシス

イデオネラ・サカイエンシス
科学的分類
ドメイン：	細菌
門:	シュードモナドタ
クラス：	ベータプロテオバクテリア
注文：	バークホルデリア目
家族：	コマモナ科
属:	イデオネラ
種：	サカイエンシス
二名法名
イデオネラ・サカイエンシス 吉田ら 2016 [1]

イデオネラ・サカイエンシスはイデオネラ属、コマモナダ科に属する細菌で、プラスチックのポリエチレンテレフタレート（PET）を炭素源とエネルギー源として分解・消費することができる、堺市のペットボトルリサイクル施設の外で採取された堆積物サンプルから分離された^{。 [1] [2]}

イデオネラ・サカイエンシスは、京都工芸繊維大学の小田耕平氏と慶応義塾大学の宮本健二氏が率いる研究チームにより、2016年に堺市のペットボトルリサイクル施設でPETに汚染された堆積物のサンプルを採取した後に初めて特定されました。 ^{[1] [3]この細菌は、}原生動物や酵母様細胞を含む堆積物サンプル中の微生物群から最初に分離されました。イデオネラ・サカイエンシスによって最初に分解・同化されたPETは、微生物群集全体で75%が二酸化炭素にミネラル化されることが示されました。^[1]

Ideonella sakaiensisはグラム陰性、好気性、桿菌である。細胞は運動性があり、単一の鞭毛を持つ。I . sakaiensisのコロニーは無色で滑らかな円形である。その大きさは幅0.6～0.8μm、長さ1.2～1.5μmである。^[1]

I. sakaiensis はオキシダーゼとカタラーゼの検査でも陽性反応を示します。この細菌は pH 5.5～9.0（最適 pH 7～7.5）、温度 15～42 °C（59～108 °F）（最適 pH 30～37 °C（86～99 °F））で増殖します。

この細菌のグラム陰性性は耐性能力と遺伝子を与え、抗生物質耐性も含まれる可能性があります。また、陰性性は細胞壁が薄く、脂質含有量が多いことも意味します。^{[引用が必要]}

この細菌の好気性は、酸素を含む環境でのみ成長し、繁殖できることを意味します。したがって、 Ideonella sakaiensisやその他の好気性細菌は、湿っていて通気性のある酸素が豊富な土壌で生存します。^{[引用が必要]}

この細菌に付着している鞭毛は運動器官として使用され、運動を創り出すことで細胞を回転させて周囲に押し出すことができます。また、この細菌は薄い鞭毛で接着して、プラスチックの一種であるポリエチレンテレフタレート (PET) の表面で増殖することもわかりました。これは右の画像に示されています。鞭毛は、PET 分解酵素 (PETase) を PET 表面に分泌することもあります。^{[引用が必要]}

系統解析により、この種はイデオネラ属の一部であることが示されたが、イデオネラ・デクロラタンスやイデオネラ・アゾティフィゲンスを含む同属の他の既知種とはゲノムが大きく異なるため、新種として分類されることが正当化された。^[1]

Ideonella sakaiensis はPET表面に付着し、分泌されたPET加水分解酵素（PETase）を使用してPETをモノ（2-ヒドロキシエチル）テレフタル酸（MHET）に分解します。これはテレフタル酸（TPA）とエチレングリコールからなるヘテロ二量体です。PETaseはPETをビス（2-ヒドロキシエチル）テレフタル酸（BHET）と呼ばれる別の中間体に分解します。BHETはPET加水分解後にMHETに変換できます。^[4] I. sakaiensis PETaseは、PETに存在するエステル結合を高い特異性で加水分解することによって機能します。結果として得られたMHETは、細胞の外膜上の脂質アンカー型MHET加水分解酵素（MHETase ）によって2つのモノマー成分に分解されます。 ^[1] PETプラスチックが分解される全体的なメカニズムは、上の画像に示されています。エチレングリコールなどのモノマー成分は、その後、I. sakaiensisおよび他の多くの細菌によって取り込まれ、使用されます。^{[1] [5]}もう一つの成分である、より扱いにくい化合物であるテレフタル酸は、テレフタル酸トランスポータータンパク質を介してI. sakaiensis細胞に輸入されます。細胞内に入ると、芳香族テレフタル酸分子は、テレフタル酸-1,2-ジオキシゲナーゼと 1,2-ジヒドロキシ-3,5-シクロヘキサジエン-1,4-ジカルボキシレートデヒドロゲナーゼによってカテコール中間体に酸化されます。次に、カテコール環は、化合物が他の代謝経路 (例: TCA サイクル)に統合される前に、PCA 3,4-ジオキシゲナーゼによって切断されます。 ^[1]その結果、PET から派生した両方の分子が、エネルギーを生成し、必要な生体分子を構築するために細胞によって使用されます。最終的には、同化された炭素は二酸化炭素に鉱物化され、大気中に放出される可能性がある。^[1]

Ideonella sakaiensisの発見は、PETプラスチックの分解にとって重要な意味を持つ可能性があります。この発見以前は、PETを分解する細菌と菌類はFusarium solaniを含む少数しか知られておらず、PETを主要な炭素源およびエネルギー源として分解する生物は明確に知られていませんでした。^[1] I. sakaiensisの発見は、リサイクルおよびバイオレメディエーションの方法としてのPETの生分解についての議論に拍車をかけました。^[1]

野生型細菌は、約 6 週間で薄い (厚さ 0.2 mm) フィルムの低結晶性(ソフト) PET に定着して分解することができ、原因となる PETase 酵素は、高結晶性 (ハード) PET を低結晶性 PET よりも約 30 倍遅い (180 週間または 3 年以上) ことが示されています。^[1]製造された PET の多くは結晶性が高いため (例: ペットボトル)、リサイクル プログラムでI. sakaiensis PETase 酵素を将来的に使用するには、酵素の遺伝的最適化が事前に必要になると考えられます。 ^{[1] [6]} MHETase 酵素も最適化され、PETase 酵素と組み合わせてリサイクルまたはバイオレメディエーション アプリケーションで使用できます。PETase によって生成された MHET をエチレングリコールとテレフタル酸に分解します。^{[1]一度形成されると、これら2つの化合物は}I. sakaiensisや他の微生物によってさらに二酸化炭素に生分解されるか、精製されて産業リサイクル工場で新しいPETを製造するために使用される。^{[1] [7]}

イデオネラ・サカイエンシスは、下水を利用する漁業におけるPET分解能力について研究されている。この細菌のさまざまな株は、魚の成長と養殖に何ら脅威を与えないことがわかっている。この種の細菌はPETを炭素源として有効に利用し、廃水やプラスチック汚染された水生態系で繁殖し、費用対効果の高い汚染防止剤として有望である。^[8]

イデオネラ・サカイエンシスのPETプラスチック分解酵素PETaseは遺伝子組み換えされ、MHETaseと組み合わせることでPETをより速く分解し、PEF（ポリエチレンフラノエート）プラスチックも分解します。これは他のアプローチとともに、混合プラスチックのリサイクルやアップサイクルに役立つ可能性があります。^{[9] [10] [11]}

2021年、5年生のジュリア・スチュワートさんとジェイコブ・パークさんは、東芝の ExploraVisionコンテストのために、イデオネラ・サカイエンシスを使って、より環境に優しく効率的な方法で水をろ過、凝固、凝集、沈殿させる凝固ろ過システムのコンセプトを作成しました。^{[12] [13] [14]}このプロジェクトは、米国のExploraVisionの4-6部門で優勝しました。^{[12] [13]}

• ペットボトルリサイクル
• この細菌によって生成される酵素、PETase 。
• ポリウレタンを分解できる内生菌種、Pestalotiopsis microspora。

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