Uobičajena ekološka bakterija, Comamonas testosteroni, mogla bi jednog dana postati prirodni centar za recikliranje plastike. Dok većina bakterija razlaže šećere, C. testosteroni, ima prirodni apetit za složenim otpadom biljaka i plastike.

U novoj studiji izvršenoj na Northwestern Univerzitetu, istraživači su po prvi put dešifrovali metaboličke mehanizme koji omogućavaju C. testosteroni da razloži naizgled nerazloživo. Ovo saznanje bi potencijalo moglo dovesti do formiranja novih biotehnoloških platformi koje koriste bakterije za recikliranje plastičnog otpada. Istraživanje je objavljeno 6. Februara 2023. u naučnom časopisu Nature Chemical Biology.

Comamonas vrste se nalaze gotovo svuda -; uključujući zemlju i kanalizacijski mulj. C. Testosterone je prvenstveno privlukla pažnju istraživača svojom prirodnom sposobnošću razgradnje sintetičkih deterdženata za pranje veša. Nakon dalje analize naučnici su otkrili da ova prirodna bakterija razgrađuje i jedinjenja iz plastike i lignina (vlaknasti, drvenasti otpad biljaka).

Iako naučnici uveliko rade na stvaranju bakterija koje mogu razgraditi plastični otpad, Aristilde vjeruje da bakterije s prirodnim sposobnostima razgradnje plastike imaju veći potencijal za velike primjene recikliranja.

“Bakterije u tlu pružaju neiskorišten, nedovoljno istražen, prirodni izvor biohemijskih reakcija koje bi se mogle iskoristiti da nam pomognu u rješavanju otpada koji se gomila na našoj planeti. Otkrili smo da je metabolizam C. testosteroni regulisan na različitim nivoima, a ti nivoi su integrisani. Snaga mikrobiologije je nevjerojatna i mogla bi igrati važnu ulogu u uspostavljanju kružne ekonomije.”
Ludmilla Aristilde, Univerzitet Northwestern

Istraživanje su sproveli Aristilde, vanredna profesorica građevinarstva, hemijskog i biološkog i inženjeringa zaštite životne sredine na Northwestern McCormick School of Engineering, i dr.sc. studentkinja Rebecca Wilkes, koja je prva autorka rada. Takođe, istraživači sa univerziteta u Čikagu, Oak Ridge Nacionalne Laboratorije i Tehničkog univerziteta u Danskoj učestvovali su u ovoj studiji.

 

                                                                                 Skenirajući elektronski mikrograf bakterije Comamonas testosteroni

Razlaganje šećera

Većina projekata za genetsku manipulaciju bakterija vršena je na Escherichia Coli kao  najbolje proučenom bakterijskom model organizmu. U svom prirodnom stanju, E. Coli  konzumira različite oblike šećera. Sve dok je šećer dostupan, E. Coli će ga konzumirati i ostaviti plastične hemikalije iza sebe.

“Genetski inžinjering bakterija za različite svrhe je naporan proces”, rekla je Aristilde. “Važno je napomenuti da C. testosteroni ne može koristiti šećere, tačka. Ima prirodna genetska ograničenja koja spriječavaju konzumaciju šećera, što ovu bakteriju čini privlačnim model organizmom.”

Međutim, ono što C. testosteroni zapravo želi jeste drugačiji izvor ugljenika. Materijali poput plastike i lignina sadrže jedinjenja sa prstenom ugljekovih atoma koji predstavljaju izvor hrane za C. testosteroni. Iako su naučnici znali da ova bakterija može razlagati ovakva jedinjenja, Aristilde i njen tim su željeli znati kako.

“Ovo su složena jedinjenja ugljenika”, rekla je Aristilde. “Mnoge bakterije imaju velike poteškoće da ih razlože.”

Kombinacija različitih tehnika

Da bi otkrila kako C. testosteroni degradira ove složene oblike ugljenika, Aristilde i njen tim kombinovali su sveobuhvatne “multi-omics” studije:

  • Transkriptomika (proučavanje molekula RNA);
  • Proteomika (proučavanje proteina);
  • Metabolomika (proučavanje metabolita); i
  • Fluksomika (proučavanje metaboličkih reakcija).


Šematski prikaz tehnika korišćenih u ovoj studiji (napravljeno pomoću biorender.com)

Analizirajući rezultate transkriptomike, proteomike, metabolomike i fluksomike, Aristilde i njen tim otkrili su metaboličke procese koje C. testosteroni koristi za degradiranje plastičnih i ligninskih jedinjenja ugljenika kao izvor hrane. U konačnom, tim je otkrio da u tom procesu, bakterije prvo razgrađuju prsten ugljenika. Nakon što je prsten otvoren u linearnu strukturu, bakterije ga dalje razgrađuju u kraće fragmente.

“Započeli smo sa plastičnim ili ligninskim jedinjenjem koje se sastoji od sedam ili osam ugljenika povezanih zajedno kroz benzenov prsten“, objasnila je Aristilde. “Zatim, C. testosteroni razbija ova jedinjenja na kraće lance koji imaju po tri ili četiri ugljenika. U tom procesu bakterije unose te razbijene proizvode u svoj prirodni metabolizam, kako bi napravile aminokiseline ili DNK koji su im neophodni za preživljavanje.”

Prerada plastičnog otpada

Aristilde je također otkrila da C. testosteroni može usmjeravati ugljenik kroz različite metaboličke rute. Ovi putevi mogu dovesti do korisnih nusproizvoda koji se mogu koristiti za industrijski relevantne polimere kao što je plastika. Aristilde i njezin tim trenutno rade na projektu koji istražuje metabolizam koji pokreće ovu biosintezu polimera.

“Ove vrste Comamonas imaju potencijal za stvaranje nekoliko polimera relevantnih za biotehnologiju”, rekla je Aristilde. “To bi moglo dovesti do novih platformi koje proizvode plastiku, smanjujući našu zavisnost o naftnim hemikalijama. Jedan od glavnih ciljeva moje laboratorije je korišćenje obnovljivih resursa, kao što je pretvaranje otpada u plastiku i recikliranje hranjivih stvari iz otpada. Time, na primjer, nećemo morati vaditi naftne hemikalije za proizvodnju plastike.”

Izvor:

Tekst je preveden sa sajta: news-medical.net

Reference:

Wilkes, R.A., et al. (2023) Complex regulation in a Comamonas platform for diverse aromatic carbon metabolism. Nature Chemical Biology. doi.org/10.1038/s41589-022-01237-7

Weiss M et al.(2013) Permanent draft genome sequence of Comamonas testosteroni KF-1. Stand Genomic Sci. doi: 10.4056/sigs.3847890.

https://naucnenovosti.me/wp-content/uploads/2023/03/1-1-1024x425.pnghttps://naucnenovosti.me/wp-content/uploads/2023/03/1-1-150x150.pngadminvukBiologijaNovosti  Uobičajena ekološka bakterija, Comamonas testosteroni, mogla bi jednog dana postati prirodni centar za recikliranje plastike. Dok većina bakterija razlaže šećere, C. testosteroni, ima prirodni apetit za složenim otpadom biljaka i plastike. U novoj studiji izvršenoj na Northwestern Univerzitetu, istraživači su po prvi put dešifrovali metaboličke mehanizme koji omogućavaju C. testosteroni...Naučne Novosti