大阪堺菌

大阪堺菌
大阪堺菌降解PET的過程
科學分類
域：	細菌域 Bacteria
門：	假單胞菌門 Pseudomonadota
綱：	β-變形菌綱 Betaproteobacteria
目：	伯克氏菌目 Burkholderiales
科：	叢毛單胞菌科 Comamonadaceae
屬：	艾德昂菌屬 Ideonella
種：	大阪堺菌 I. sakaiensis
二名法
Ideonella sakaiensis Yoshida et al., 2016

大阪堺菌（學名：Ideonella sakaiensis）是伯克氏菌目叢毛單胞菌科艾德昂菌屬的一種細菌，能夠分解並消化塑料聚對苯二甲酸乙二酯（PET）成為有機小分子以獲取能源。本菌種最初是從日本大阪府堺市一家塑料瓶回收廠的沉澱物樣本中分離出來的，也因而得名。

發現

2016年，日本京都工藝纖維大學小田耕平和慶應義塾大學宮本健二帶領的研究團隊在堺市一個塑料瓶回收設施附近採集了被PET污染的沉澱物樣本，首次發現了大阪堺菌。該細菌是從沉積物樣品中的微生物群中分離出來的，微生物群包括其它原生動物和酵母樣細胞。研究發現，PET經大阪堺菌降解吸收後，整個微生物群落將其中的75%礦化為二氧化碳。

特徵

大阪堺菌呈革蘭氏陰性、好氧、杆狀。不形成孢子。細胞可運動，只有一個鞭毛。氧化酶和過氧化氫酶也呈陽性。適合生長的pH值範圍為5.5到9.0（最優為7到7.5），溫度為15-42℃（最優為30-37℃）。菌落無色，光滑，呈圓形。細菌的大小不等，寬度約0.6-0.8μm，長度約1.2-1.5μm。本細菌附着在PET表面生長形成一層薄的菌落附屬物。菌落可能在PET表面分泌PET降解酶。

通過系統發生學分析，本物種為艾德昂菌屬的一部分，但其基因組與該屬其他已知物種如脫氯艾德昂菌（Ideonella dechloratans）和固氮艾德昂菌（Ideonella azotifigens）等存在顯著差異，因而被確認為新的物種。

PET的降解與吸收

大阪堺菌粘附在PET表面，通過分泌PET水解酶或PET酶將PET降解為單體2-羥乙基對苯二甲酸（MHET），一種由對苯二甲酸（TPA）和乙二醇組成的異二聚體。大阪堺菌PET酶是目前發現的第一種PET酶，其功能是高效地水解PET中存在的酯鍵。然後，在細胞外膜上用脂質錨定的MHET酶（MHETase）將生成的MHET降解為兩種單體成分。其中乙二醇很容易被大阪堺菌等許多細菌吸收和利用；對苯二甲酸則是一種較難降解的化合物，必須通過TPA轉運蛋白進入大阪堺菌的細胞內。一旦進入細胞，芳香對苯二甲酸的分子會被TPA -1,2-雙加氧酶和1,2-二羥基-3,5-環己二烯-1,4-二羧酸脫氫酶氧化成鄰苯二酚中間體。然後，兒茶酚環被PCA 3,4-雙加氧酶裂解，然後該化合物被整合到其他代謝途徑（如TCA循環）。因此，這兩種來自PET的分子都被細胞用來產生能量和建立必要的生物分子。最終，被吸收的碳可能被礦化成二氧化碳並釋放到大氣中。

影響和應用

大阪堺菌對降解PET塑料具有潛在的重要意義。在本菌被發現之前，已知的PET降解者只有少量的細菌和真菌，包括茄鐮孢菌（Fusarium solani），且沒有任何生物體能夠將PET作為主要的碳和能源進行降解。作為一種循環利用和生物修復方法，大阪堺菌的出現讓PET生物降解成為可能。

野生型細菌能夠在大約6周內定植並用PET酶分解0.2 mm厚的低結晶度PET（軟PET）薄膜，而降解高結晶度PET（硬PET）所需的時間大約為30倍。大量的人造PET是高度結晶的（如塑料瓶），因此，人們認為，要將大阪堺菌PET酶應用在塑料回收前，需要先對該酶進行基因優化以提升其效率。而另一負責將PET酶產生的MHET降解為乙二醇和對苯二甲酸的MHET酶也可優化，與PET酶一起應用於回收或生物修復。一旦PET被分解成乙二醇和對苯二甲酸，就可以被大阪堺菌或其他微生物進一步生物降解成二氧化碳，也可以在工業回收裝置中提純並用於製造新的PET。

參見

• 寶特瓶回收技術
• PET酶，由這種細菌產生的酶。
• 小孢擬盤多毛孢（Pestalotiopsis microspora），一種能夠分解聚氨酯的內生真菌。