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Articulo de referencia

Bacterias que se alimentan de nailon

Takehara I, 2017 {{cite journal |last1=Takehara |first1=I |last2=Kato |first2=DI |last3=Takeo |first3=M |last4=Negoro |first4=S |title=Draft Genome Sequence of the Nylon Oligome...

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Paenarthrobacter ureafaciens KI72 , conocida popularmente como bacteria come nylon , es una cepa de Paenarthrobacter ureafaciens que puede digerir ciertos subproductos dela fabricación de nylon 6. [ 2 ] Utiliza un conjunto de enzimas para digerir el nylon, conocidas popularmente como nylonasa . [ 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 con aguas residuales de una fábrica de nailon , capaz de 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 la denominó Achromobacter guttatus . [ 4 ]

Estudios realizados en 1977 revelaron que las tres enzimas que las bacterias utilizaban para digerir los subproductos eran significativamente diferentes de cualquier otra enzima producida por cualquier otra bacteria, y no eran efectivas en ningún otro material que no fueran los subproductos de nailon artificial. [ 5 ]

La bacteria fue reasignada a Flavobacterium en 1980. [ 6 ] Su genoma fue resuelto en 2017, reasignándola nuevamente a Arthrobacter . [ 1 ] La Base de Datos de Taxonomía Genómica la considera una cepa de Paenarthrobacter ureafaciens tras una reclasificación de 2016. [ 7 ] A partir de enero de 2021, el navegador de taxonomía del NCBI se ha actualizado para coincidir con GTDB.

Cepas descendientes

Se han creado algunas cepas más recientes cultivando la KI72 original en diferentes condiciones, lo que la obliga a adaptarse. Estas incluyen KI722, KI723, KI723T1, KI725, KI725R y muchas más. [ 8 ]

Las enzimas

La bacteria contiene las siguientes tres enzimas:

Las tres enzimas están codificadas en un plásmido llamado pOAD2. [ 9 ] El plásmido puede transferirse 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

La EII ha evolucionado por duplicación génica seguida de sustitución de bases de otra proteína, la EII'. Ambas enzimas tienen 345 aminoácidos idénticos de un total de 392 (88% de homología). Las enzimas son similares a la betalactamasa . [ 12 ]

La proteína EII' ( NylB' , P07062 ) es aproximadamente 100 veces menos eficiente que la EII. Una investigación de 2007 realizada por el equipo de Seiji Negoro muestra que solo dos alteraciones de aminoácidos en la EII', es decir, G181D y H266N, aumentan su actividad al 85% de la 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 hidrolasas de nucleófilo N-terminal (N-tn). [ 13 ] Específicamente, los enfoques computacionales la clasifican como una hidrolasa MEROPS S58 (ahora renombrada P1). La proteína se expresa como un precursor, que luego se escinde en dos cadenas. [ 14 ] [ 15 ] Fuera de este plásmido,  se encuentran > 95 % de proteínas similares en Agromyces y Kocuria . [ 13 ] A partir de 2025, se describen 9 homólogos de NylC de diferentes Actinobacterias (Plastic Enzyme Database PAZY., consultado el 12.02.2025). [ 16 ]

Inicialmente se pensó que EIII era completamente novedoso. Susumu Ohno propuso que se había originado a partir de la combinación de un evento de duplicación génica con una mutación de cambio de marco de lectura . Una inserción de timidina convertiría una proteína de 427 aminoácidos rica en arginina en esta enzima de 392 aminoácidos. [ 17 ]

Papel en la enseñanza de la evolución

Existe consenso científico en que la capacidad de sintetizar nylonasa probablemente se desarrolló como una mutación de un solo paso que sobrevivió porque mejoró la aptitud de las bacterias que poseían la mutación. Más importante aún, una de las enzimas involucradas fue producida por una mutación de cambio de marco que alteró completamente los aminoácidos transcritos. [ 18 ] A pesar de esto, el nuevo gen aún tenía una capacidad catalítica novedosa, aunque débil. Esto se considera un buen ejemplo de cómo las mutaciones pueden proporcionar fácilmente la materia prima para la evolución por selección natural . [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]

Un artículo de 1995 demostró 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, obligándolas a vivir en un entorno sin otra fuente de nutrientes. [ 23 ]

Bacterias modificadas genéticamente para alimentarse de nailon

La integración de EI y EII en el genoma de la bacteria Pseudomonas putida KT2440 permitió el desarrollo de una cepa capaz de metabolizar oligómeros de nailon. [ 24 ] El metabolismo de monómeros comunes de nailon, como el ácido aminocaproico y la hexametilendiamina , se logró mediante la desregulación del metabolismo de las poliaminas , guiada por experimentos de evolución adaptativa en laboratorio con componentes de nailon como única fuente de nutrientes. El ácido adípico resultante de esta vía metabólica se incorpora al metabolismo central a través de una vía de betaoxidación especializada obtenida de Acinetobacter baylyi . [ 25 ]

Véase también

Referencias

  1. 1 2 Takehara, I; Kato, DI; Takeo, M; Negoro, S (27 de abril de 2017). "Secuencia genómica preliminar de la bacteria degradadora de oligómeros de nailon Arthrobacter sp. cepa KI72" . Anuncios del genoma . 5 (17). doi : 10.1128/genomeA.00217-17 . PMC 5408104. PMID 28450506 .  
  2. ↑ Takehara, I; Fujii, T; Tanimoto, Y (enero de 2018). "Ruta metabólica del 6-aminohexanoato en la bacteria degradadora de oligómeros de nailon Arthrobacter sp. KI72: identificación de las enzimas responsables de la conversión de 6-aminohexanoato a adipato". Applied Microbiology and Biotechnology . 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" . New Scientist .
  4. ↑ Kinoshita, S.; Kageyama, S.; Iba, K.; Yamada, Y.; Okada, H. (1975). "Utilización de un dímero cíclico y oligómeros lineales de ácido ε-aminocaproico por Achromobacter guttatus KI 72" . Agricultural and Biological Chemistry . 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 (1977-11-01). "Hidrolasa cíclica de dímeros de ácido 6-aminohexanoico. Una nueva hidrolasa cíclica de amida producida por Achromobacter Guttatus KI74". European Journal of Biochemistry . 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 plasmídico de las enzimas de degradación del dímero cíclico del ácido 6-aminohexanoico de Flavobacterium sp. KI72" . Journal of Bacteriology . 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 del oligómero 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. 1 2 Negoro S, Ohki T, Shibata N, et al. (junio de 2007). "Complejo enzima/sustrato degradador de oligómeros de nailon: mecanismo catalítico de la 6-aminohexanoato-dímero hidrolasa". 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 plásmidos" . 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 del dímero cíclico de 6-aminohexanoato: mecanismo catalítico y evolución de una enzima responsable de la degradación del subproducto nylon-6" . The Journal of Biological Chemistry . 285 (2): 1239– 48. doi : 10.1074/jbc.M109.041285 . PMC 2801252. PMID 19889645 .  
  12. ↑ Okada, H.; Negoro, S.; Kimura, H.; Nakamura, S. (10–16 de noviembre de 1983). "Adaptación evolutiva de enzimas codificadas por plásmidos para la degradación de oligómeros de nailon". Nature . 306 ( 5939): 203– 206. Bibcode : 1983Natur.306..203O . doi : 10.1038/306203a0 . ISSN 0028-0836 . PMID 6646204. S2CID 4364682 .   
  13. 1 2 Negoro, S; Shibata, N; Lee, YH; Takehara, yo; Kinugasa, R; Nagai, K; Tanaka, Y; Kato, DI; Takeo, M; Ir a, Y; Higuchi, Y (27 de junio de 2018). "Base estructural del correcto ensamblaje, agregación y degradación intracelular de subunidades de la nailon hidrolasa" . Informes científicos . 8 (1): 9725. Código Bib : 2018NatSR...8.9725N . doi : 10.1038/s41598-018-27860-w . PMC 6021441 . PMID 29950566 .  
  14. ↑ "Q57326" . InterPro .
  15. ↑ "MEROPS - la base de datos de peptidasas" .
  16. ↑ "PAZY" . PAZY .
  17. ↑ Ohno S (abril de 1984). "Nacimiento de una enzima única a partir de un marco de lectura alternativo de la secuencia codificante preexistente, internamente repetitiva" . Proc Natl Acad Sci USA . 81 (8): 2421– 5. Bibcode : 1984PNAS...81.2421O . doi : 10.1073/pnas.81.8.2421 . PMC 345072. PMID 6585807 .  
  18. ↑ Ohno, S (abril de 1984). "Nacimiento de una enzima única a partir de un marco de lectura alternativo de la secuencia codificante preexistente, internamente repetitiva" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 81 (8): 2421– 2425. Bibcode : 1984PNAS...81.2421O . doi : 10.1073/pnas.81.8.2421 . ISSN 0027-8424 . PMC 345072. PMID 6585807 .   
  19. ↑ Thwaites WM (Verano de 1985). "Nuevas proteínas sin la ayuda de Dios" . Creation Evolution Journal . 5 (2): 1– 3.
  20. ↑ "Evolución e información: El insecto del nailon" . Nuevos mexicanos por la educación científica . Consultado el 27 de septiembre de 2023 .
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  • Yomo T, Urabe I, Okada H (mayo de 1992). "No hay codones de parada en las hebras antisentido de los genes para la degradación de oligómeros de nailon" . Proc Natl Acad Sci USA . 89 (9): 3780–4 . Bibcode : 1992PNAS...89.3780Y . doi : 10.1073/pnas.89.9.3780 . PMC 525574. PMID 1570296 .