Ideonella sakaiensis

Бактерии Ideonella sakaiensis были обнаружены в ходе скрининга образцов почвы, воды и ила, взятых из места переработки бутылок, состоящих из ПЭТ, в городе Сакаи, Япония. Организмы в образцах проверялись на способность к существованию на плёнке из ПЭТ как главного источника углерода. Результаты исследований были опубликованы в марте 2016 года[2].

При изучении бактерий Ideonella sakaiensis исследователи разработали фермент, который может переваривать некоторые виды пластмасс. Открытие было сделано случайно. В настоящее время исследователи работают над улучшением фермента, что позволит использовать его для разрушения пластиков за короткий промежуток времени[3].

Ideonella sakaiensis — грамотрицательные аэробные неспорообразующие бактерии палочковидной формы. Клетки подвижны и несут полярный жгутик. Они содержат цитохромоксидазу и каталазу. Главный изопреноидный хинон — убихинон. Главные полярные липиды — фосфатидилэтаноламин, лизофосфатидилэтаноламин, фосфатилилглицерол и дифосфатидилглицерол. GC-состав геномной ДНК 70,4 %. Эти бактерии способны расти при рН 5,5—9,0 (оптимальные значения рН 7—7,5) и температуре 15—42 °С (оптимальная температура 30—37 °С)[4].

Филогенетический анализ показал, что вид Ideonella sakaiensis наиболее близок к видам Ideonella dechloratans и Ideonella azotifigens[4].

Полиэтилентерефталат

Клетки, обитающие на плёнке из ПЭТ, соединены друг с другом выростами, а более короткие выросты соединяют клетки и плёнки. Возможно, по этим выростам к плёнке доставляются ферменты, разлагающие ПЭТ. Под действием бактериальных ферментов плёнка из ПЭТ значительно разрушалась и полностью разлагалась через 6 недель при температуре 30 °С[2].

Предполагаемый механизм разрушения ПЭТ бактериями Ideonella sakaiensis таков. Вначале внеклеточный фермент ПЭТаза (фермент, гидролизующий ПЭТ) разлагает ПЭТ до моно(2-гидроксиэтил)терефталевой кислоты (основной продукт) и терефталевой кислоты (побочный продукт). ПЭТаза Ideonella sakaiensis имеет лишь 51 % сходства аминокислотной последовательности с другим ферментом, способным гидролизовать ПЭТ — гидролазой бактерии Thermobifida fusca. Моно(2-гидроксиэтил)терефталевая кислота гидролизуется соответствующим ферментом (предполагаемым липопротеином) до терефталевой кислоты и этиленгликоля. Терефталевая кислота доставляется в клетку через специальный белок-переносчик и последовательно катаболизируется двумя ферментами до протокатеховой кислоты. Затем специальная 3,4-диоксигеназа разрушает ароматическое кольцо протокатеховой кислоты[2].

Открытие Ideonella sakaiensis даёт предпосылки для развития биоремедиации — переработки отходов с использованием живых организмов. Так, профессор Уве Борншойер из Грайфсвальдского университета высказался о необходимости ускорить процесс, например, встроив выявленные гены, участвующие в разложении пластика, в быстро размножающуюся бактерию вроде Escherichia coli. Также данное открытие поднимает вопросы об эволюции бактерии, так как ферменты, задействованные в разложении ПЭТ, весьма значительно отличаются по своей функции от ближайших известных ферментов других бактерий[5].