Ideonella sakaiensis

Ideonella sakaiensis ist ein Bakterium aus der Ordnung Burkholderiales, wobei die Gattung Ideonella nach aktueller Systematik (Stand 2019) keiner Familie zugeordnet ist. Ideonella sakaiensis ist in der Lage, den Kunststoff Polyethylenterephthalat (Kurzzeichen PET) vollständig zu verstoffwechseln.

Ideonella sakaiensis
Ideonella sakaiensis
Systematik
Abteilung: Proteobacteria Klasse: Betaproteobacteria Ordnung: Burkholderiales Familie: Incertae sedis Gattung: Ideonella Art: Ideonella sakaiensis
Wissenschaftlicher Name
Ideonella sakaiensis
Yoshida et al. 2016

Merkmale

Es handelt sich um gramnegative, strikt aerobe Bakterien, d. h., sie benötigen Sauerstoff zum Wachsen. Ideonella sakaiensis ist Katalase-positiv und Oxidase-positiv. Endosporen werden nicht gebildet, die Zellen sind stäbchenförmig und zur aktiven Bewegung fähig (motil) durch eine polare Begeißelung. Die zur Kultivierung geeigneten Temperaturen liegen im Bereich von 15–42 °C (optimal 30–37 °C), somit zählt das Bakterium zu den mesophilen Organismen. Beim Wachstum werden leicht saure pH-Werte bis pH 5,5 bzw. leicht alkalische pH-Werte bis pH 9,0 toleriert, optimal wächst es bei pH 7,0–7,5.

Stoffwechsel

Um seinen Energiebedarf zu decken, spaltet das Bakterium den Kunststoff im ersten Schritt durch das Enzym PETase zu Mono(2-hydroxyethyl)terephthalsäure und im zweiten Schritt durch das Enzym MHETase in die Monomere des Kunststoffes, Ethylenglycol und Terephthalsäure. Diese können vom Bakterium zur Energiegewinnung eingesetzt werden. Stoffwechselendprodukte sind Wasser und Kohlenstoffdioxid.

Das Bakterium wurde von Forschern unter der Leitung von Shosuke Yoshida von der Technischen Universität Kyōto im Jahr 2016 entdeckt. Die Forscher hatten im Abfall einer PET-Recyclinganlage in der japanischen Hafenstadt Sakai 250 halbverrottete PET-Flaschen eingesammelt und gezielt auf Mikroorganismen untersucht, die das Plastik als Nährstoffquelle nutzen konnten.

2020 berichteten Forscher die Verbesserung der Aktivität der zwei Enzyme des Bakteriums für eine deutlich schnellere Zersetzung von PET mittels Gentechnik, sowie von PEF, was für etwa das Recycling von Kunststoff relevant sein könnte.

Da PET als potentielle Nährstoffquelle in größeren Mengen erst etwa ab den 1950er Jahren produziert wurde, liegt nahe, dass die Bakterienart die Fähigkeit zur PET-Verstoffwechselung erst innerhalb der letzten Jahrzehnte erworben hat. Es wird vermutet, dass sich das Enzym aus Polyester-spaltenden Enzymen, die beispielsweise bei pflanzenverdauenden Mikroorganismen vorkommen, evolutionär entwickelt hat.

Literatur

• Shosuke Yoshida, Kazumi Hiraga, Toshihiko Takehana, Ikuo Taniguchi, Hironao Yamaji, Yasuhito Maeda, Kiyotsuna Toyohara, Kenji Miyamoto, Yoshiharu Kimura, Kohei Oda: A bacterium that degrades and assimilates poly(ethylene terephthalate). In: Science. Band 351, Nr. 6278, 11. März 2016, S. 1196–1199, doi:10.1126/science.aad6359. 

Weblinks

• Type strain of Ideonella sakaiensis at BacDive - the Bacterial Diversity Metadatabase. Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen (DSMZ).
• Brandon C. Knott, Erika Erickson, Mark D. Allen, Japheth E. Gado, Rosie Graham, Fiona L. Kearns, Isabel Pardo, Ece Topuzlu, Jared J. Anderson, Harry P. Austin, Graham Dominick, Christopher W. Johnson, Nicholas A. Rorrer, Caralyn J. Szostkiewicz, Valérie Copié, Christina M. Payne, H. Lee Woodcock, Bryon S. Donohoe, Gregg T. Beckham, John E. McGeehan: Characterization and engineering of a two-enzyme system for plastics depolymerization. In: PNAS, Band 117, Nr. 41, 28. September 2020, S. 25476​-25485; doi:10.1073/pnas.2006753117. Dazu:
  • Carly Cassella: Newly Created Mutant Enzyme Hybrid Is Six Times Better at Devouring Plastic. Auf: science^alert vom 1. Oktober 2020
  • Nadja Podbregar: Enzym-Doppel gegen den Plastikmüll – Gekoppelte Bakterienenzyme bauen PET bis zu sechsmal schneller ab als die Mikrobe. Auf: scinexx.de vom 30. September 2020.

Einzelnachweise

1. Jean Euzéby, Aidan C. Parte: Genus Ideonella. In: List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN). Abgerufen am 16. Dezember 2019. 
2. Jean Euzéby, Aidan C. Parte: Classification of domains and phyla - Hierarchical classification of prokaryotes (bacteria). In: List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN). Abgerufen am 16. Dezember 2019. 
3. Somboon Tanasupawat, Toshihiko Takehana, Shosuke Yoshida, Kazumi Hiraga, Kohei Oda: Ideonella sakaiensis sp. nov., isolated from a microbial consortium that degrades poly(ethylene terephthalate). In: International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 66, 2016, S. 2813–2818, doi:10.1099/ijsem.0.001058.
4. Mikroorganismen sollen Kunststoff vernichten - Heise online, abgerufen am 17. August 2016
5. Damian Carrington: New super-enzyme eats plastic bottles six times faster. In: The Guardian. 28. September 2020, abgerufen am 12. März 2022 (englisch). 
6. Brandon C. Knott, Erika Erickson, Mark D. Allen, Japheth E. Gado, Rosie Graham, Fiona L. Kearns, Isabel Pardo, Ece Topuzlu, Jared J. Anderson, Harry P. Austin, Graham Dominick, Christopher W. Johnson, Nicholas A. Rorrer, Caralyn J. Szostkiewicz, Valérie Dopié, Christina M. Payne, H. Lee Woodcock, Bryon S. Donohoe, Gregg T. Beckham, John E. McGeehan: Characterization and engineering of a two-enzyme system for plastics depolymerization. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. 24. September 2020, ISSN 0027-8424, doi:10.1073/pnas.2006753117 (englisch, pnas.org). 
7. Mary Halton: Recycling hope for plastic-hungry enzyme. BBC News, 16. April 2018, abgerufen am 16. April 2018 (englisch).