海洋酵母Rhodotorula mucilaginosaによるポリエチレンの分解と同化

ISME Communications volume 3、記事番号: 68 (2023) この記事を引用

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海洋プラスチック汚染は深刻な環境問題ですが、1950年代以降に海洋に放出されたプラスチックのほとんどは解明されていません。 海洋プラスチックの菌類による分解が潜在的なシンクメカニズムとして示唆されているが、海洋菌類や他の微生物によるプラスチック分解の明確な証拠はほとんどない。 今回我々は、13C標識ポリエチレンを用いた安定同位体追跡アッセイを適用して生分解速度を測定し、海洋環境から単離した酵母Rhodotorula mucilaginosaの個々の細胞へのプラスチック由来の炭素の取り込みを追跡した。 R. ムシラギノーサと唯一のエネルギーおよび炭素源として UV 照射した 13C 標識ポリエチレンを使用した 5 日間のインキュベーション実験中の CO2 プール内の 13C の蓄積は、最初に添加した基質の 3.8%/年の分解率に換算されました。 さらに、nanoSIMS 測定により、真菌バイオマスへのポリエチレン由来の炭素の実質的な取り込みが明らかになりました。 私たちの結果は、R. mucilaginosa がプラスチックから炭素を石化および同化する可能性を示し、真菌によるプラスチックの分解が海洋環境におけるポリエチレンリターの重要なシンクである可能性を示唆しています。

海洋プラスチック汚染は、指数関数的に規模が増大している環境問題です [1,2,3,4,5,6]。 しかし、プラスチックが陸地から海洋に輸送される個々の経路の重要性 [7、8、9、10、11]、沿岸地域 [12]、外洋表面 [13、 14]、中層水柱[15、16、17]、または海底に沈む[18、19]。 海洋表面のプラスチックの総量の現在の推定値は、これまでに海に放出されたすべてのプラスチックの推定量の 1% 未満に過ぎません [20、21]。 したがって、未知の沈下メカニズムが、検出可能なプラスチックの破片を海面から除去しているようです[2、21]。 これは、マイクロおよびナノスケールの粒子への断片化 [21] や光分解などの非生物的なプロセスである可能性があり、ポリマー構造 [22] を不安定化し、溶解した有機炭素の浸出を引き起こします [3、23、24、25]。 さらに、除去メカニズムは、細菌、古細菌、真菌などの微生物によって媒介される生物石灰化である場合もあります。 バクテリアによるプラスチックの分解は、陸地および海洋環境において十分に文書化されています。 たとえば、陸生細菌 Ideonella saiensis はポリエチレン テレフタレートを加水分解します [26、27、28]。一方、ロドコッカス ラバー C208 株はポリエチレン (PE) およびポリスチレン (PS) を分解することがわかっています [29、30、31]。 さらに、海洋種の Bacillus sphericus および Bacillus cereus がポリエチレンを分解することが示されています [32]。 細菌とは対照的に、特に海洋環境において、菌類を介したプラスチック分解の潜在的な役割についての私たちの知識はまだ初期段階にあります。 菌類は、その遺伝的および代謝的能力により、木材、植物、セルロース、リグニンなどの天然ポリマーの主な分解者として最もよく知られています。 さらに、菌類は、多環芳香族炭化水素 [33]、石油、アルカン [34、35]、つまり化学的にある程度プラスチックに似た化合物など、さまざまな複雑な炭化水素を効率的に分解します。 菌類は、例えばマンガンペルオキシダーゼ、リグニンペルオキシダーゼ、ラッカーゼなどを含む強力な酵素機構を保有しており[36,37,38]、これらはプラスチックの分解にも関連付けられている[39,40]。 プラスチックの分解に関しては、土壌および腸内微生物叢から分離された複数のアスペルギルス属およびペニシリウム属がポリエチレンを分解することが示されています[41、42、43、44、45、46]。 菌類は海洋で一般的なプラスチックの定着者であるが [47,48,49,50,51]、海洋領域でポリエチレン分解者として確認されているのは、Zalerion maritimum [52] と Alternaria alternata [53] の 2 種だけです。