Bacterias que comen nailon
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Bacterias que comen nailon
clasificación cientifica editar
Dominio:Bacterias
Filo:Actinobacterias
Pedido:Actinomicetales
Familia:Micrococcaceae
Género:Paenarthrobacter
Especies:
P. ureafaciens
Variedad:
P. u. var. KI72
Nombre del trinomio
Paenarthrobacter ureafaciens var. KI72
GTDB r95 y NCBI, 2020 (Busse HJ, 2016)
Sinónimos
  • Arthrobacter sp. KI72
    Takehara I, 2017 [1]
  • Flavobacterium sp. KI72
    Negoro S, 1980
  • Achromobacter guttatus KI72
    Kinoshita S, 1975

(Debido a un error de OCR , el nombre de la cepa se ha informado ocasionalmente como "K172").

Paenarthrobacter ureafaciens KI72 , conocida popularmente como bacteria que se alimenta de nailon , es una cepa de Paenarthrobacter ureafaciens que puede digerir ciertos subproductos de lafabricaciónde nailon 6 . [2] Utiliza un conjunto de enzimas para digerir el nailon, conocido popularmente como nailonasa . [3]

Descubrimiento y nomenclatura

Estructura química del ácido 6-aminohexanoico

En 1975, un equipo de científicos japoneses descubrió una cepa de bacteria, que vivía en estanques que contenían aguas residuales de una fábrica de nailon , que podía digerir ciertos subproductos de la fabricación del nailon 6 , como el dímero lineal del 6-aminohexanoato . Se desconoce la existencia de estas sustancias antes de la invención del nailon en 1935. Inicialmente se denominó Achromobacter guttatus . [4]

Los estudios de 1977 revelaron que las tres enzimas que usaban las bacterias para digerir los subproductos eran significativamente diferentes de cualquier otra enzima producida por cualquier otra bacteria, y no eran efectivas en ningún material que no fueran los subproductos de nailon artificiales. [5]

La bacteria se reasignó a Flavobacterium en 1980. [6] Su genoma se resolvió en 2017, reasignándolo nuevamente a Arthrobacter . [1] La base de datos de taxonomía del genoma la considera una cepa de Paenarthrobacter ureafaciens luego de una reclasificación de 2016. [7] A partir de enero de 2021, el navegador de taxonomía NCBI se ha actualizado para que coincida con GTDB.

Cepas descendientes

Se han creado algunas cepas más nuevas cultivando la KI72 original en diferentes condiciones. Estos incluyen KI722, KI723, KI723T1, KI725, KI725R y muchos más. [8]

Las enzimas

La bacteria contiene las siguientes tres enzimas:

  • 6-aminohexanoato-dímero cíclico hidrolasa (EI, NylA , P13398 )
  • 6-aminohexanoato-dímero hidrolasa (EII, NylB , P07061 )
  • Endohidrolasa de 6-aminohexanoato-oligómero (EIII, NylC , Q57326 )

Las tres enzimas están codificadas en un plásmido llamado pOAD2. [9] El plásmido se puede transferir a E. coli , como se muestra en una publicación de 1983. [10]

EI

La enzima EI está relacionada con las amidasas . Su estructura se resolvió en 2010. [11]

EII

EII ha evolucionado por duplicación de genes seguida de sustitución de bases de otra proteína EII '. Ambas enzimas tienen 345 aminoácidos idénticos de 392 aminoácidos (88% de homología). Las enzimas son similares a la beta-lactamasa . [12]

La proteína EII '( NylB' , P07062 ) es aproximadamente 100 veces menos eficiente en comparación con EII. Una investigación de 2007 del equipo de Seiji Negoro muestra que solo dos alteraciones de aminoácidos en EII ', es decir, G181D y H266N, aumentan su actividad al 85% de EII. [9]

EIII

La estructura de EIII se resolvió en 2018. En lugar de ser una enzima completamente nueva, parece ser un miembro de la familia de la hidrolasa nucleófila N-terminal (N-tn). [13] Específicamente, los enfoques computacionales lo clasifican como una hidrolasa MEROPS S58 (ahora rebautizada como P1). [14] [15]

Originalmente se pensó que EIII era completamente novedoso. Susumu Ohno propuso que había surgido de la combinación de un evento de duplicación de genes con una mutación de cambio de marco . Una inserción de cambio de timidina convertiría una proteína 427aa rica en arginina en la enzima 392aa. [dieciséis]

Papel en la enseñanza de la evolución

Artículo principal: bacterias que se alimentan de nailon y creacionismo

Existe un consenso científico de que la capacidad de sintetizar nilonasa probablemente se desarrolló como una mutación de un solo paso que sobrevivió porque mejoró la aptitud de las bacterias que poseen la mutación. Más importante aún, la enzima involucrada fue producida por una mutación que aleatorizó completamente el gen original. [ dudoso - discutir ] A pesar de esto, el nuevo gen todavía tenía una capacidad catalítica nueva, aunque débil. Esto se ve como un buen ejemplo de cómo las mutaciones pueden proporcionar fácilmente la materia prima para la evolución por selección natural . [17] [18] [19] [20]

Un artículo de 1995 mostró que los científicos también han podido inducir a otra especie de bacteria, Pseudomonas aeruginosa , a desarrollar la capacidad de descomponer los mismos subproductos del nailon en un laboratorio al obligarlos a vivir en un entorno sin otra fuente de nutrientes. La cepa de P. aeruginosa NK87 no pareció utilizar las mismas enzimas [ dudoso - discutir ] que habían sido utilizadas por la cepa KI72 original. [21]

Ver también

  • Organismos que descomponen el plástico
  • Plástico biodegradable
  • Experimento de evolución a largo plazo de E. coli
  • Hongo radiotrófico
  • Mosquito del metro de Londres
  • Mosca lonicera
  • Los gusanos de la harina son capaces de digerir poliestireno.

Referencias

  1. ^ a b Takehara, yo; Kato, DI; Takeo, M; Negoro, S (27 de abril de 2017). "Proyecto de secuencia del genoma de la bacteria Arthrobacter sp. Degradación del oligómero de nailon, cepa KI72" . Anuncios del genoma . 5 (17). doi : 10.1128 / genomeA.00217-17 . PMC  5408104 . PMID  28450506 .
  2. ^ Takehara, yo; Fujii, T; Tanimoto, Y (enero de 2018). "Vía metabólica del 6-aminohexanoato en la bacteria Arthrobacter sp. KI72 que degrada el oligómero de nailon: identificación de las enzimas responsables de la conversión del 6-aminohexanoato en adipato". Microbiología y Biotecnología Aplicadas . 102 (2): 801–814. doi : 10.1007 / s00253-017-8657-y . PMID 29188330 . S2CID 20206702 .  
  3. ^ Michael Le Page (marzo de 2009). "Cinco ejemplos clásicos de evolución genética" . Nuevo científico .
  4. ^ Kinoshita, S .; Kageyama, S .; Iba, K .; Yamada, Y .; Okada, H. (1975). "Utilización de un dímero cíclico y oligómeros lineales de ácido e-aminocaproico por Achromobacter guttatus KI 72" . Química Agrícola y Biológica . 39 (6): 1219–23. doi : 10.1271 / bbb1961.39.1219 . ISSN 0002-1369 . 
  5. ^ S, Kinoshita; S, Negoro; M, Muramatsu; Vs, Bisaria; S, Sawada; H, Okada (1 de noviembre de 1977). "Hidrolasa de dímero cíclico del ácido 6-aminohexanoico. Una nueva amida hidrolasa cíclica producida por Achromobacter Guttatus KI74". Revista europea de bioquímica . 80 (2): 489–95. doi : 10.1111 / j.1432-1033.1977.tb11904.x . PMID 923591 . 
  6. ^ Negoro, S; Shinagawa, H; Nakata, A; Kinoshita, S; Hatozaki, T; Okada, H (julio de 1980). "Control de plásmidos de enzimas de degradación de dímeros cíclicos del ácido 6-aminohexanoico de Flavobacterium sp. KI72" . Revista de bacteriología . 143 (1): 238–45. doi : 10.1128 / JB.143.1.238-245.1980 . PMC 294219 . PMID 7400094 .  
  7. ^ "GTDB - GCF_002049485.1" . Base de datos de taxonomía del genoma, revisión 95 . 2020.
  8. ^ Negoro, S; Kakudo, S; Urabe, yo; Okada, H (1992). "Un nuevo gen de degradación de oligómeros de nailon (nylC) en el plásmido pOAD2 de Flavobacterium sp" . Revista de bacteriología . 174 (24): 7948–7953. doi : 10.1128 / jb.174.24.7948-7953.1992 . PMC 207530 . PMID 1459943 .  
  9. ^ a b Negoro S, Ohki T, Shibata N, et al. (Junio ​​de 2007). "Complejo de sustrato / enzima degradante de nailon-oligómero: mecanismo catalítico de la hidrolasa de 6-aminohexanoato-dímero". J. Mol. Biol . 370 (1): 142–56. doi : 10.1016 / j.jmb.2007.04.043 . PMID 17512009 . 
  10. ^ Negoro S, Taniguchi T, Kanaoka M, Kimura H, Okada H (julio de 1983). "Degradación enzimática de oligómeros de nailon determinada por plásmido" . J. Bacteriol . 155 (1): 22–31. doi : 10.1128 / JB.155.1.22-31.1983 . PMC 217646 . PMID 6305910 .  
  11. ^ Yasuhira, K; Shibata, N; Mongami, G; Uedo, Y; Atsumi, Y; Kawashima, Y; Hibino, A; Tanaka, Y; Lee, YH; Kato, D; Takeo, M; Higuchi, Y; Negoro, S (8 de enero de 2010). "Análisis cristalográfico de rayos X de la hidrolasa de dímero cíclico de 6-aminohexanoato: mecanismo catalítico y evolución de una enzima responsable de la degradación del subproducto nailon-6" . La Revista de Química Biológica . 285 (2): 1239–48. doi : 10.1074 / jbc.M109.041285 . PMC 2801252 . PMID 19889645 .  
  12. ^ Okada, H .; Negoro, S .; Kimura, H .; Nakamura, S. (10 a 16 de noviembre de 1983). "Adaptación evolutiva de enzimas codificadas por plásmidos para degradar oligómeros de nailon". Naturaleza . 306 (5939): 203–206. Código Bibliográfico : 1983Natur.306..203O . doi : 10.1038 / 306203a0 . ISSN 0028-0836 . PMID 6646204 . S2CID 4364682 .   
  13. ^ Negoro, S; Shibata, N; Lee, YH; Takehara, yo; Kinugasa, R; Nagai, K; Tanaka, Y; Kato, DI; Takeo, M; Goto, Y; Higuchi, Y (27 de junio de 2018). "Base estructural del correcto ensamblaje de subunidades, agregación y degradación intracelular de nailon hidrolasa" . Informes científicos . 8 (1): 9725. Bibcode : 2018NatSR ... 8.9725N . doi : 10.1038 / s41598-018-27860-w . PMC 6021441 . PMID 29950566 .  
  14. ^ "Q57326" . InterPro .
  15. ^ "MEROPS - la base de datos de peptidasa" .
  16. ^ Ohno S (abril de 1984). "Nacimiento de una enzima única a partir de un marco de lectura alternativo de la secuencia de codificación repetitiva internamente preexistente" . Proc Natl Acad Sci USA . 81 (8): 2421–5. Código bibliográfico : 1984PNAS ... 81.2421O . doi : 10.1073 / pnas.81.8.2421 . PMC 345072 . PMID 6585807 .  
  17. ^ Thwaites WM (verano de 1985). "Nuevas proteínas sin la ayuda de Dios" . Revista de evolución de la creación . 5 (2): 1–3.
  18. ^ Evolución e información: el error de nailon
  19. ^ Por qué los científicos descartan el 'diseño inteligente' , Ker Than, NBC News , 23 de septiembre de 2005
  20. ↑ Miller, Kenneth R. Only a Theory: Evolution and the Battle for America's Soul (2008) págs. 80-82
  21. ^ Prijambada ID, Negoro S, Yomo T, Urabe I (mayo de 1995). "Aparición de enzimas de degradación de oligómeros de nailon en PAO de Pseudomonas aeruginosa a través de la evolución experimental" . Apl. Reinar. Microbiol . 61 (5): 2020–2. Código bibliográfico : 1995ApEnM..61.2020P . doi : 10.1128 / AEM.61.5.2020-2022.1995 . PMC 167468 . PMID 7646041 .  
  • Yomo T, Urabe I, Okada H (mayo de 1992). "No hay codones de parada en las hebras antisentido de los genes para la degradación del oligómero de nailon" . Proc Natl Acad Sci USA . 89 (9): 3780–4. Código Bibliográfico : 1992PNAS ... 89.3780Y . doi : 10.1073 / pnas.89.9.3780 . PMC  525574 . PMID  1570296 .

enlaces externos

  • NBRC 14590 , información sobre la cultura KI72 mantenida en el Instituto Nacional de Tecnología y Evaluación
    • NBRC 114184 , un cultivo derivado utilizado en la secuenciación de 2017
  • GO: 0019876: Proceso catabólico de nailon
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