Bakterie nylonożerne

Bakterie nylonożerne – popularna nazwa szczepu KI72 Gram-ujemnych bakterii z rodzaju Flavobacterium, zdolnego do trawienia produktów ubocznych wytwarzania nylonu-6 za pomocą enzymów określanych jako nylonazy.

Odkrycie

W 1975 r. grupa japońskich naukowców odkryła szczep Flavobacterium żyjący w odpadkach zakładu produkującego nylon, zdolny do metabolizowania konkretnych produktów ubocznych wytwarzania nylonu-6, np. dimeru liniowego kwasu 6-aminoheksanowego. Substancje te nie są produkowane w wyniku procesów naturalnych, i są degradowane jedynie przez kilka organizmów[1]. Dalsze badania wykazały, że bakterie te używają trzech enzymów, które nie działają na żadne związki inne niż produkty uboczne wytwarzania nylonu: hydrolaza cyklicznego dimeru kwasu 6-aminoheksanowego, hydrolaza dimeru kwasu 6-aminoheksanowego i hydrolaza oligomeru kwasu 6-aminoheksanowego[2].

Późniejsze badania

Odkrycie doprowadziło do postawienia przez genetyka Susumu Ohno hipotezy, że gen kodujący jeden z odkrytych enzymów (hydrolazę kwasu 6-aminoheksanowego), znajdujący się na plazmidzie pOAD2, powstał z nałożenia się duplikacji genu z mutacją przesuwającą ramkę odczytu[3]. Ohno zasugerował, że wiele unikalnych genów wyewoluowało w ten sposób.

Seiji Negoro i współpracownicy z Uniwersytetu w Hyogo w Japonii zasugerowali w 2007 r., że w procesie powstawania tego enzymu nie doszło przesunięcia ramki odczytu[4]. Znanych jest wiele genów, które wyewoluowały przez nałożenie duplikacji genu i przesunięcia ramki odczytu przynajmniej w obrębie części genu. Badanie z 2006 r. wykazało 470 takich przykładów u człowieka[5].

Naukowcom udało się otrzymać w laboratorium szczep NK87 pałeczki ropy błękitnej (Pseudomonas aeruginosa[2]) zdolny do trawienia tych samych produktów ubocznych wytwarzania nylonu przez umieszczenie bakterii w izolowanym środowisku zawierającym te związki chemiczne jako jedyne źródło węgla i azotu. Szczep NK87 nie wytwarzał jednak takich samych enzymów jak oryginalny szczep KI72 z rodzaju Flavobacterium[6].

Inni naukowcy sklonowali gen kodujący wspomniane enzymy w plazmidzie do szczepu E. coli, co zaindukowało u docelowej bakterii zdolność trawienia produktów ubocznych wytwarzania nylonu[7].

Rola w nauczaniu o ewolucji

Naukowcy są zgodni, że zdolność syntezowania nylonaz najprawdopodobniej rozwinęła się w wyniku pojedynczej mutacji, która utrwaliła się, gdyż poprawiła zdolność przetrwania bakterii. Uważa się to za dobry przykład ewolucji przez mutację i naturalną selekcję, który zaobserwowano w trakcie jej przebiegu[8][9][10][11].

Przypisy

  1. ↑ Kinoshita, S., Kageyama, S., Iba, K., Yamada, Y. and Okada, H.. Utilization of a cyclic dimer and linear oligomers of e-aminocaproic acid by Achromobacter guttatus. „Agricultural & Biological Chemistry”. 39 (6), s. 1219−1223, 1975. DOI: 10.1271/bbb1961.39.1219. ISSN 0002-1369 (ang.). 
  2. ↑ a b Negoro S.. Biodegradation of nylon oligomers.. „Applied microbiology and biotechnology”. 54 (4), s. 461-466, 2000. DOI: 10.1007/s002530000434. PMID: 11092619. 
  3. ↑ Ohno S. Birth of a unique enzyme from an alternative reading frame of the preexisted, internally repetitious coding sequence. „Proc Natl Acad Sci USA.”. 81 (8), s. 2421–2425, 1984. DOI: 10.1073/pnas.81.8.2421. PMID: 6585807 (ang.). 
  4. ↑ Negoro S, Ohki T, Shibata N, et al.. Nylon-oligomer degrading enzyme/substrate complex: catalytic mechanism of 6-aminohexanoate-dimer hydrolase. „J. Mol. Biol.”. 370 (1), s. 142–156, 2007. DOI: 10.1016/j.jmb.2007.04.043. PMID: 17512009 (ang.). 
  5. ↑ Okamura K, Feuk L, Marquès-Bonet T, Navarro A, Scherer SW. Frequent appearance of novel protein-coding sequences by frameshift translation. „Genomics”. 88 (6), s. 690–7, grudzień 2006. DOI: 10.1016/j.ygeno.2006.06.009. PMID: 16890400 (ang.). 
  6. ↑ Prijambada ID, Negoro S, Yomo T, Urabe I. Emergence of nylon oligomer degradation enzymes in Pseudomonas aeruginosa PAO through experimental evolution. „Appl. Environ. Microbiol.”. 61 (5), s. 2020–2022, 1995. PMID: 7646041 (ang.). 
  7. ↑ Negoro S, Taniguchi T, Kanaoka M, Kimura H, Okada H. Plasmid-determined enzymatic degradation of nylon oligomers. „J. Bacteriol.”. 155 (1), s. 22–31, 1983. PMID: 6305910 (ang.). 
  8. ↑ Thwaites WM. New Proteins Without God's Help. „Creation Evolution Journal”. 5 (2), s. 1–3, 1985. National Center for Science Education (NCSE) (ang.). 
  9. ↑ Evolution and Information: the Nylon Bug!. New Mexicans for Science and Reason. [dostęp 2013-11-05].
  10. ↑ Ker Than: Why scientists dismiss 'intelligent design'. NBC News, 2005-09-23. [dostęp 2013-11-05].
  11. ↑ Miller, Kenneth R.: Only a Theory: Evolution and the Battle for America's Soul. Viking Adult, 2008, s. 80-82. ISBN 978-0-670-01883-3. (ang.)

Bibliografia