산소가없는 환경에서 PET 관련 물질을 바카라하는 미생물 발견

Kuroda Kyohei, Microbial Ecological Engineering Research Group, 생물학적 프로세스 연구 부서, 국립 고급 산업 과학 기술 연구소 (이하 "AIST"), 연구원 Kuroda Kyohei, 연구 그룹의 책임자, Narihiro Group on Nobaru k, the Chief Masaru k, the Chief Masaru k 플라스틱 병 등에 사용되는 폴리에틸렌 테레프탈 레이트 (이하 "PET")모노머(이와 관련된 환경에서 발생하는) (이와 관련하여”(이와 관련하여”(이와 관련하여”(이와 관련하여”(이와 관련이있다 환경 "), 미생물 배양 및 게놈 정보에 기초한 새로운 정제 메커니즘을 제안했다

환경으로 배출 된 플라스틱은 물리 화학적 또는 미생물 바카라를 겪은 다음 미세 플라스틱 및 나노 플라스틱으로 미세하게 전환됩니다 플라스틱의 바카라 과정은 다양한 부산물이 환경으로 흐르도록하지만 지하 구체와 강, 호수 및 해양 퇴적물 (SELT)과 같은 혐기성 환경에서의 바카라 행동은 잘 알려져 있지 않습니다

SO AIST는 혐기성 환경을 시뮬레이션하고 BHET 및 DMT를 바카라하는 미생물을 가지고 있으며, 이는 바카라 메커니즘을 알려지지 않았습니다축적 된 문화대사 산물 측정은 BHET 및 DMT의 생바카라가 발생 함을 입증하기 위해 수행되었다 게다가,Shotgun Metagenomic Analysisand단백질 구조 예측, 우리는 BHET 및 DMT의 혐기성 바카라를 담당하는 미생물로부터 유래 된 효소를 성공적으로 추정했다 이 연구의 결과는 환경에서 PET 관련 물질의 역학과 미생물의 새로운 기능에 대한 학문적 이해에 기여합니다 이 작품의 결과는 국제 학술 저널 "화학 공학 저널"온라인 버전에 게시 됨

PET는 플라스틱 병 등에 사용되는 플라스틱 재료 중 하나입니다 PET는 고순도 테레 프탈산 (이하 "PTA")과 DMT를 주요 성분으로 사용하여 제조됩니다 이 제조 공정 동안 매우 환경이 중요하고 배출되는 유기 폐수는 주로 혐기성 생물학적 폐수 처리를 사용하여 처리되며, 이는 정제 처리와 동시에 메탄을 생성합니다 PET를 함유하는 플라스틱은 살아있는 유기체에 의한 자외선 및 바카라로 인해 미세 플라스틱 및 나노 플라스틱으로 바카라되므로 섭취 된 수생 및 지상 동물의 건강에 미치는 영향에 대한 우려가 있습니다 플라스틱 바카라에 대한 연구는 해저에 산소가 존재하는 호기성 환경의 가정에 근거하여 수행되지만 산소가없는 혐기성 환경에서 바카라 메커니즘에 대한 많은 미지의 것이 있습니다 플라스틱 폐기물의 약 80%가 자연 환경에서 매립되고 축적되며, 심해 해저에서 높은 농도의 미세 플라스틱을 가진 핫스팟이 발견되어 혐기성 환경에서 플라스틱의 바카라 행동을 이해하기 위해 기본 지식을 얻을 필요가 있습니다 그러나 혐기성 환경에 사는 소성 바카라 미생물에 대한 정보는 거의 없습니다

Aisoken Institute는 캐비닛 사무소바이오 전략2030생물 경제사회의 실현에 기여하기 위해, 우리는 재료 개발, 높은 기능성, 제조, 바카라성 평가 및 폐수 치료를 포함한 일련의 연구를 결합한 "재활용 기반 사회 만들기를 목표로하는 생물학적 자원 활용 기술"을 구현하는 것을 목표로합니다 바카라성 평가 및 폐수 처리에 중점을 둔 연구에서, 우리는 유기 폐수 처리의 효율성과 비용 절감을 사회적 문제로 바카라하기 어려우며 생물학적 폐수 치료의 주요 플레이어 인 미생물에 초점을 맞추고 폐수 치료 기술을 향상시키는 데 도움이되는 미생물 기능을 발견하는 것을 목표로했습니다 지금까지 미생물 기능을 활용함으로써, 우리는 플라스틱 병 원료 제조 공정에서 어려운 바카라성 폐수를 효율적으로 처리 할 수있었습니다 (AIST Press는 2022 년 5 월 13 일,https : //wwwaistgojp/aist_j/aist_j/press_release/pr2022/pr20220513/pr20220513html)

이 연구는 가장 대표적인 플라스틱 중 하나 인 PET를 대상으로했으며 궁극적 인 목표는 PET가 혐기성 환경으로 누출 될 때 환경 역학을 정확하게 평가하는 것이 었습니다 우리는 BHET, PET 단량체 및 DMT, PET 원료의 혐기성 환경을 시뮬레이션하고 바카라에 관여하는 경작 된 미생물을 시뮬레이션합니다 또한,¹H NMR를 사용한 저하성 평가를 기반으로합니다 샷건 메타 게놈 분석을 사용한 대사 기능 평가, 우리는 BHET 및 DMT의 생바카라가 혐기성 환경에서 발생하고 주요 미생물을 확인했음을 분명히 하였다

이 연구 중 일부는 과학 연구를위한 과학 보조금 홍보 (B) (일반) (JP18H01576, JP21H01471)를위한 일본 사회의 지원으로 수행되었습니다

이 연구에서, 슬러지라는 복잡한 미생물 샘플은 먼저 실험실-규모의 반응기 (AIST Press, 2022 년 5 월 13 일)에서 추출하여 생 플라스틱 병에서 폐수를 효율적으로 처리하고 혐기성 환경을 동시에 끓인 배양 병에 추가하여 기질로 추가하는 배양 병에 추가되었습니다¹h NMR을 사용하여 BHET 및 DMT의 바카라 생성물을 평가할 때, 우리는 BHET가 모노 하이드 록시 에틸 테르 탈로산 (이하 "MHET"이라고 불리는 모노 하이드 록시 에틸 테프 탈)를 생성한다는 것을 확인했다 (이하 "MMT"라고 함) 및 TA (그림 1) 이것은 BHET와 DMT가 혐기성 환경에서도 미생물 바카라를 겪고 있음을 보여 주었다 또한 현미경을 사용하여 배양에 첨가 된 BHET 및 DMT 결정의 환경을 관찰했을 때, 우리는 결정에 특별히 부착 된 나선형 미생물을 발견했습니다 이 미생물은 바카라에 관여하는 것이 제안되었다

BHET 및 DMT의 바카라 메커니즘을 설명하기 위해 배양에 포함 된 복잡한 미생물 그룹의 산탄 총 메타 게놈 분석이 수행되었다 결과적으로, 우리는 BHET 및 DMT를 바카라 할 수있는 새로운 효소의 존재를 확인했습니다 (그림 2) 우리는이 효소가 BHET 및 DMT를 각각 MHET 및 MMT로 바카라 할 수 있으며 TA를 바카라 할 수 있다고 추정했습니다 이들 효소는 Phylum spirochaeota에 속하는 미생물의 게놈에 암호화된다

계통 발생 학적 회사에 새로운 계통 발생 학적으로 소속 된 새로운 계통 발생 학적으로 에틸렌 글리콜을 바카라하는 대사 경로가있는 것으로 추정되며, 이는 BHET의 바카라 중, 아세트산 및 그 이상, 메탄올 가용성Methanogenic ArcheaDMT의 바카라 중에 발생하는 메탄올로부터 메탄을 생성한다 (도 2)

이 연구에서, 우리는 혐기성 환경에서의 저하 행동 인 BHET 및 DMT의 생바카라 성을 명확히하고, 미생물 기능이 바카라를 담당하는 것을 추정했다 이 연구의 결과는 혐기성 유기체에 의한 폐기물 플라스틱을 제거하고 플라스틱으로 오염 된 자연 환경의 정제를위한 기술 개발로 이어졌습니다

앞으로, 석유의 원료뿐만 아니라 플라스틱 및 생물학적 원료를 폐기하는 새로운 PET 제조 기술이 개발 될 것으로 예상되며, 동일한 공장 현장에서 PTA 및 DMT의 생산과 같은 집약적 인 식물이 퍼질 것으로 예상됩니다 이러한 과정에서 발생할 수있는 화학 물질의 생바카라 성을 평가하고 바카라 메커니즘을 명확하게하는 것은 환경 보호의 관점에서 중요한 이니셔티브입니다 이 연구에서, 우리는 다양한 환경을 시뮬레이션하여 화학 물질의 생바카라 성을 평가하고, 바카라와 관련된 미생물 및 효소를 추정했습니다 산업적으로 사용하려는 시도는 미래에 생물 경제 사회를 만들기 위해 더 큰 수요를 초래할 것으로 예상됩니다 또한, 새로 제안 된 BHET 및 DMT 바카라 경로 및이를 ​​촉진하는 미생물 유래 효소는 혐기성 미생물에서 합성 화학 물질을 바카라하는 능력을 이해하는 데 중요한 결과입니다

이제 우리는 BHET 및 DMT뿐만 아니라 혐오 환경에서 중합체 PET 자체 및 기타 플라스틱의 바카라성 평가를 수행함으로써 자연으로 확산 된 다양한 플라스틱의 역학을 명확하게 할 것입니다 또한, 새로 제안 된 BHET 및 DMT 바카라 효소의 이용 가능성을 평가하기 위해, 유전자 발현 및 효소 발현을 수행함으로써 바카라 메커니즘을 더욱 명확히하기 위해 작용할 것이다 또한 이러한 미생물 학적 정보를 바탕으로 새로운 처리 과정을 설계하고 다양한 폐기물 플라스틱을 효율적으로 바카라하여 생물 경제 사회의 형성에 기여할 수있는 환경 친화적 인 폐기물 처리 과정을 만듭니다

게시 된 잡지 :화학 공학 저널
논문의 제목 : 농축 배양 및 미생물 분석에 의해 밝혀진 혐기성 조건 하에서 비스 (2- 하이드 록시 에틸) 테레 프탈레이트 및 디메틸 테레 프탈레이트의 생바카라 경로의 설명
저자 : Kyohei Kuroda*, Takashi Narihiro*, Yuki Nakaya, Taro QP Noguchi, Ryota Maeda, Masaru K Nobu, Yuki Ohnishi, Yasuhiro Kumaki, Tomoyasu Aizawa, Hisashi Satoh
*두 저자는이 연구의 공동 책임자입니다

단량체

중합체를 구성하는 구조 단위 단량체 BHET는 반복적으로 연결되어 PET와 같은 중합체를 형성한다[참조로 돌아 가기]

축적 된 문화

특정 기질, 중간 및 성장 조건을 사용하여 배양함으로써 표적 미생물이 성장하는 배양 방법[참조로 돌아 가기]

Shotgun Metagenomic Analysis

환경에서 복잡한 미생물로부터 추출 된 DNA를 조각화하고 포괄적으로 해독함으로써 복잡한 미생물의 생태와 기능을 분석한다[참조로 돌아 가기]

단백질 구조 예측

게놈 에코딩 된 아미노산 서열 데이터를 기반으로 한 컴퓨터 프로그램을 사용하여 단백질의 3 차원 구조를 예측한다[참조로 돌아 가기]

바이오 전략

일본의 생물 경제 증진에 대한 정책, 내각의 통합 혁신 전략 촉진위원회 (Integrated Innovation Strategy Promotion Council)에 의해 편집 된 혁신 전략, "2030 년에 세계적으로 가장 절단 된 생물 경제 사회를 실현하는 내각"의 목표에 의해 촉진 된 혁신 전략 "이며, 지속 가능성의 키워드, 원형의 혁신, 그리고 제기된다 내각 사무실 웹 사이트에서 (https : //www8caogojp/cstp/bio/indexhtml, 2022 년 6 월 10 일) '[참조로 돌아 가기]

바이오 경제

생명 공학 및 재생 가능한 생물학적 자원을 활용하여 지속 가능한 재생 가능한 경제 및 재활용 가능한 경제 사회를 확장하는 개념 (캐비닛 사무소 웹 사이트에서 인용https : //www8caogojp/cstp/bio/indexhtml, 2022 년 6 월 10 일) 이 개념은 2009 년 OECD (Organization for Economic Cooperation and Development)가 발표 한 "2030 년의 생물 경제 : 2030 년의 생물 경제 : 정책 의제 설계"보고서에 의해 확대되었으며 일본의 바이오 전략을 공식화했습니다[참조로 돌아 가기]

¹H NMR (핵 자기 공명)

수소 핵이 위치한 환경에 따라 다양한 신호를 감지함으로써 화학 물질 및 물질 추정의 구조적 분석을 허용하는 분석 방법[참조로 돌아 가기]

Methanogenic Archea

산소가없는 환경에서 수소, 이산화탄소, 메탄올, 아세트산 등으로부터 메탄을 생산할 수있는 미생물 혐기성 환경에서 유기물의 광물 화에 필수적인 미생물입니다[참조로 돌아 가기]