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Utilisant des bactéries anaérobies pour la biodégradation en plastique

Une étude publiée par la société pour la microbiologie appliquée dans leurs états environnementaux de microbiologie de tourillon a donné comment les constituants principaux des plastiques peuvent être dégradés par les micros-organismes anaérobies et aérobies. Cette forme de stratégie basée sur micro-organisme pour la gestion des déchets de plastique représente un roman, moyens viables d'éliminer des plastiques de l'environnement.

biodégradation en plastiqueCrédits d'image : Kateryna Kon/Shutterstock.com

Les auteurs du contour de minireview comment les composés constitutifs principaux des plastiques - qui entourent l'acide phtalique de composés organiques (PA), acide isophtalique (IPA) et acide téréphtalique (TPA) - peuvent être sujets à la biodégradation. D'ailleurs, le groupe impressionne sur l'importance environnementale de la biodégradation anaérobie comme moyen viable et évolutif de faire ainsi.

Les trois isomères : composantes importantes des plastifiants et des polymères

Les acides phtaliques sont les éléments essentiels des plastiques. Ces polymères organiques synthétiques offrent des moyens bon marché de production d'emballage et on s'attend à ce que leur demande voie la production annuelle mondiale des plastiques doubler 600 à millions de tonnes dans un délai de 20 ans. En dépit de ceci, ils sont responsables des problèmes écologiques et des préoccupations de santé mondiales.

Les rebuts de plastique occupent des décharges et des océans où ils mettent en danger la faune locale et perturbent des écosystèmes. Bien que la réutilisation représente une option pour limiter la production en plastique neuve, ce matériau est principalement comporté aux produits secondaires qui offrent une qualité réduite de la propriété matérielle. D'ailleurs, la réutilisation n'évite pas l'entrée des polluants microplastiques dans des écosystèmes marins.

Ces défis actuels ont motivé le développement de dirigé par organique approché à la gestion des déchets de plastique comprenant la biodégradation.

Voies de dégradation

La dégradation anaérobie et aérobie de la PA, de l'IPA, et du TPA diffèrent considérablement dans les micros-organismes. Les micros-organismes aérobies introduisent une fonctionnalité d'hydroxyle par l'intermédiaire des dioxygenases. Ceci augmente la probabilité de la décarboxylation suivante par l'intermédiaire des déshydrogénases ou des décarboxylases aromatisants de ‐ de cofacteur librement.

Les bactéries anaérobies, cependant, utilisent des ligases de CoA ou des transférases de CoA pour activer les isomères de PA ; celles-ci sont alors décarboxylées par des décarboxylases pour produire le benzoyle-CoA. Ces décarboxylases tombent sous la famille d'enzymes d'UbiD et sont caractérisés par un cofacteur prenylated de mononucléotide (FMN) de flavin.

Ce cofacteur est essentiel pour la réussite mécaniste de la décarboxylation. Un défi de faisceau de décarboxylation est la saisie du cliché intermédiaire hautement instable de CoA de ‐ d'A, qui est atténué par la surproduction du décarboxylase de CoA de ‐ de phthaloyl.

Biodégradation d'acide phtalique

La PA forme les synthons pour les polymères en plastique. Ils sont joints par les liaisons d'ester qui exigent l'hydratation excédentaire avant que les enzymes hydrolytiques puissent atteindre les obligations pour le clivage. La nature résistante de ‐ de l'eau des plastiques rend ceci difficile. Ajouté à la grande dépense énergétique liée à la production et à la sécrétion de ces enzymes par des bactéries, la dégradation du plastique est non viable ; l'énergie métabolique relâchée des produits ne fait pas des frais l'énergie de la perte.

Enzymes et métabolites impliquées dans la dégradation anaérobie de PA

La prise de la PA est réalisée par une protéine et un tambour de chalut obligatoires périplasmiques de TRAPPE. Une fois dans la cellule, CoA de ‐ de succinyl : la transférase de CoA de phtalate (SPT) convertit la PA en CoA instable de ‐ de phthaloyl. La deuxième opération dans la dégradation anaérobie de PA est sa décarboxylation, catalysée par le décarboxylase de CoA de ‐ de phthaloyl (PCD). Ceci appartient à la famille d'UbiD.

Le CoA hautement labile de ‐ de phthaloyl représente un défi de dégradation anaérobie de PA ; pour cette raison, la formation d'un composé de SPT et de PCD était censée pour se produire. Cependant, la concentration cellulaire prévue de PCD s'est avérée pli de 250 ‐ plus élevée que son CoA de ‐ de phthaloyl de substrat. Ceci s'assure que le phthaloyl-CoA est efficacement capté et décarboxylé. La dégradation par l'intermédiaire de ce cliché intermédiaire représente une voie xenobiotic mauvais optimisée de dégradation

L'évolution des voies de dégradation de PA

Les voies de dégradation type utilisées par des bactéries comprennent l'hydrolyse aux différents isomères et aux alcools de PA. Ceci est suivi de décarboxylation de l'un ou l'autre des deux entités d'acide carboxylique. Il est mécaniste difficile réaliser cette opération dû aux clichés intermédiaires de haute énergie formés en raison négativement - du groupe chargé. En soi, l'activation de la PA est préférée.

Pour éviter l'édition, le fuselage existant de la recherche a vu le développement de deux aérobies et de stratégies une anaérobies pour accomplir la décarboxylation. Ceci comprend :

  1. L'introduction des groupes d'hydroxyle directement à un groupe carboxylique d'IPA et de TPA par un dioxygenase dans des conditions aérobies. Ceci produit les diènes cis de ‐ de diol de ‐ qui peuvent être décarboxylés
  2. La dégradation aérobie de PA effectue par l'intermédiaire des clichés intermédiaires de dihydroxyphthalate qui augmente la probabilité de la décarboxylation couronnée de succès due à positionner des groupes carboxyliques
  3. La PA, les IPA et le TPA alors traités par l'intermédiaire du thioesterification (production d'un thio-ester réactif) suivi de décarboxylation par le ‐ d'UbiD aiment des décarboxylases

Comment cette activation a comme conséquence la décarboxylation reste à déterminer ; il y a actuel des efforts actuels pour élucider la structure du ‐ d'UbiD comme des décarboxylases mis en application dans la dégradation de chacun des trois isomères de PA. On le croit que le mécanisme des décarboxylases de CoA de ‐ de phthaloyl et de CoA de ‐ de terephthaloyl devrait être assimilé mais séparé du décarboxylase de CoA de ‐ de sophthaloyl.

CoA de ‐ de Phthaloyl : Un cliché intermédiaire hautement instable

Le cliché intermédiaire de CoA de ‐ de phthaloyl est un mauvais thio-ester car il subit des cycles de l'hydrolyse futile. Comme résultat, la dégradation anaérobie de phtalate par l'intermédiaire du CoA de ‐ de phthaloyl est inutile. Tandis que la PA est connue comme cliché intermédiaire de dégradation aérobie, il ne comporte pas dans la voie anaérobie. Ceci met la solution anaérobie en tant que des moyens viables pour la dégradation des plastiques.

L'équipe espère que l'évolution de la voie anaérobie aura comme conséquence la formation d'un composé entre le CoA de ‐ de Succinyl : décarboxylase de la transférase de CoA de phtalate (SPT) et du CoA de ‐ de phthaloyl (PCD). Ceci activera le transfert direct du CoA de ‐ de phthaloyl entre les sites actifs, éliminant la labilité du cliché intermédiaire. On a observé cette stratégie pour les clichés intermédiaires assimilé hautement réactifs ailleurs dans l'environnement.

Source

Capsule, 2020) dégradations microbiennes de M et autres (des phtalates : biochimies et implications environnementales. La microbiologie environnementale enregistre le doi : 10.1111/1758-2229.12787

Last Updated: Mar 10, 2020

Hidaya Aliouche

Written by

Hidaya Aliouche

Hidaya is a science communications enthusiast who has recently graduated and is embarking on a career in the science and medical copywriting. She has a B.Sc. in Biochemistry from The University of Manchester. She is passionate about writing and is particularly interested in microbiology, immunology, and biochemistry.

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