ナイロンを食べるバクテリア

ナイロンを食べるバクテリア
科学的分類
ドメイン：	細菌
門:	放線菌類
クラス：	放線菌
注文：	ミクロコッカス
家族：	ミクロコッカス科
属:	パエナルスロバクター
種：	P.ウレアファシエンス
バラエティ：	P. u.変種KI72
三名法名
	パエナースロバクター・ウレアファシエンスvar. KI72; GTDB r95 & NCBI、2020 (Busse HJ、2016)
同義語
	アルスロバクター属KI72; 竹原I, 2017 ; フラボバクテリウム属 KI72; 根来 S, 1980; アクロモバクター・グッタタスKI72; 木下 S, 1975; ( OCRエラーにより、株名が「K172」と報告されることがあります。)

ナイロンを食べる細菌としてよく知られているパエナルスロバクター・ウレアファシエンスKI72は、ナイロン6製造時に副産物として生じる特定の物質を分解することができるパエナルスロバクター・ウレアファシエンスの一種です^{。 [2]}この細菌はナイロンを分解するために、ナイロン分解酵素（一般にナイロン分解酵素と呼ばれる）を使用します。^[3]

発見と命名法

6-アミノヘキサン酸の化学構造

1975年、日本の科学者チームがナイロン工場の廃水が溜まった池に生息する細菌株を発見した。この細菌株は、 6-アミノヘキサノエートの直鎖二量体など、ナイロン6製造の副産物を分解することができる。これらの物質は、1935年のナイロン発明以前には存在していなかったことが知られている。当初、この細菌はアクロモバクター・グッタトゥスと名付けられた。^[4]

1977年の研究では、細菌が副産物を消化するために使用していた3つの酵素は、他の細菌が生成する酵素とは大きく異なり、人工ナイロン副産物以外の物質には効果がないことが明らかになりました。^[5]

この細菌は1980年にFlavobacteriumに再分類されました。^[6] 2017年にゲノムが解読され、再びArthrobacterに再分類されました。^[1]ゲノム分類データベースでは、 2016年の再分類に伴い、この細菌はPaenarthrobacter ureafaciensの株とみなされています。 ^[7] 2021年1月現在、NCBI分類ブラウザはGTDBと一致するように更新されています。

子孫系統

オリジナルのKI72をさまざまな条件で培養し、適応させることで、いくつかの新しい株が作られました。これらには、KI722、KI723、KI723T1、KI725、KI725Rなどがあります。^[8]

酵素

この細菌には以下の3つの酵素が含まれています。

6-アミノヘキサノ酸環状二量体加水分解酵素(EI、NylA、P13398 )
6-アミノヘキサノ酸二量体加水分解酵素(EII、NylB、P07061 )
6-アミノヘキサン酸オリゴマーエンドヒドロラーゼ (EIII、NylC、Q57326 )

これら3つの酵素はすべてpOAD2と呼ばれるプラスミド上にコードされている。^[9]このプラスミドは1983年の論文に示されているように大腸菌に導入することができる。 ^[10]

えい

EI酵素はアミダーゼに関連しており、その構造は2010年に解明されました。^[11]

EII

EIIは遺伝子複製とそれに続く別のタンパク質EII'の塩基置換によって進化した。両酵素は392アミノ酸のうち345アミノ酸が同一である（相同性88％）。この酵素はβ-ラクタマーゼに類似している。^[12]

EII' ( NylB'、P07062 ) タンパク質は、EII に比べて効率が約 100 倍低い。2007 年に根来誠司チームによって行われた研究では、EII' の 2 つのアミノ酸、すなわち G181D と H266N を変更するだけで、その活性が EII の 85% に上昇することが示された。^[9]

EIII

EIIIの構造は2018年に解明されました。完全に新しい酵素ではなく、N末端求核性（N-tn）加水分解酵素ファミリーの一員であると思われます。^[13]具体的には、計算手法ではMEROPS S58（現在はP1に改名）加水分解酵素として分類されています。タンパク質は前駆体として発現し、その後2つの鎖に切断されます。^[14]^[15]このプラスミド以外では、95％を超える類似タンパク質がアグロミセスとコクリアに見られます。^[13]

EIIIは当初、全く新しいものだと考えられていた。大野進は、遺伝子重複とフレームシフト変異の組み合わせから生じたと提唱した。チミジンの挿入により、アルギニンを多く含む427アミノ酸のタンパク質がこの392アミノ酸の酵素に変化する。^[16]

進化論教育における役割

ナイロン分解酵素を合成する能力は、おそらく一段階の突然変異として発達し、その突然変異を持つ細菌の適応度を向上させたために生き残ったという点で、科学的なコンセンサスがある。さらに重要なのは、関与する酵素の1つが、既存の遺伝コードデータを完全に混乱させるフレームシフト突然変異によって生成されたことである。 ^{[17]それにもかかわらず、新しい遺伝子は、弱いとはいえ、新しい触媒能力を持っていた。これは、突然変異がいかにして}自然選択による進化の原料を容易に提供できるかを示す良い例とみなされている。^[18]^[19]^[20]^[21]

1995年の論文では、科学者が実験室で別の細菌種である緑膿菌に、他の栄養源のない環境で生活させることで、同じナイロン副産物を分解する能力を進化させることに成功したことが示されています。^[22]

参照

参考文献

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外部リンク

NBRC 14590、国立研究開発法人製品評価技術基盤機構が管理するKI72培養に関する情報
- NBRC 114184は、2017年のシーケンシングで使用された派生培養物である。
GO:0019876: ナイロンの分解プロセス

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