プラスチックを分解する人工の「ワームガット」 (Artificial ‘worm gut’ breaks down plastics)

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2024-02-08 シンガポール・南洋(ナンヤン)理工大学(NTU)

・ NTU が、プラスチックを分解する人工の「ワームガット(スーパーワームの腸内菌叢)」を開発。
・ 甲虫のツヤケシオオダンゴムシダマシ(Zophobas atratus)の幼虫で、その栄養価からペットの餌として市販されているスーパーワームに高密度ポリエチレン(HDPE)、ポリプロプレン(PP)およびポリスチレン(PS)を与え、その腸内菌叢をインビトロ培養することで、プラスチックの分解を促進する新方法を実証。
・ スーパーワームの腸内には、一般的なプラスチックを分解する微生物が存在する。そのためワームはプラスチックを常食できるが、プラスチックの処理手段としての利用には、それらによるプラスチック消費速度の緩慢さとその維持管理が課題。また、1 匹のワームが一生のうちに消費できるプラスチックの量は僅か数ミリグラムであるため、プラスチック分解プロセスで利用するには膨大な量のワームが必要となる。
・ 本研究では、これらの課題に対処するため、ワームの腸内菌叢を分離して強化し、プラスチックを効率的に分解する人工の「ワームガット」の構築に注視。
・ 3 グループに分けたスーパーワームにはそれぞれ HDPE、PP、PS を、コントロールグループにはオートミールをそれぞれ 30 日以上給餌した。その後、プラスチックを与えたワームの腸の微生物叢を抽出し、培養基と各種プラスチックを入れたフラスコ内で 6 週間以上室温下で培養し、人工の「ワームガット」を作製した。
・ コントロールグループと比較すると、プラスチックを給餌したワームの腸の微生物叢の入ったフラスコでは、プラスチックを分解する微生物が飛躍的に増加していることを確認した。
・ さらに、フラスコ内でプラスチックのコロニーを形成する微生物群集は、ワームに直接与えられたプラスチックの微生物叢に比べより単純で、特定のプラスチックを対象に特化されていることも確認。このことは、安定的、スケールアップ可能で効率的なプラスチックの分解につながる可能性を示唆する。
・ 次には、スーパーワームの腸での微生物によるプラスチック分解の分子レベルでの理解を試みる。このメカニズムの理解により、効率的にプラスチックを分解する微生物群集の開発が促進される。
・ 本研究は、NTU の Accelerating Creativity and Excellence (ACE) グラント等が支援した。
URL: https://www.ntu.edu.sg/news/detail/artificial-worm-gut-breaks-down-plastics

<NEDO海外技術情報より>

関連情報

Environment International 掲載論文(フルテキスト)
Establishment of plastic-associated microbial community from superworm gut microbiome
URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412023006220?via%3Dihub

Abstract

Gut microbial communities of plastic-munching worms provide novel insights for the development of plastic-processing biotechnologies. Considering the complexity of worm maintenance and the gut microbial communities, it is challenging to apply the worms directly in plastic processing. Harnessing the power of microbial communities derived from the worm gut microbiomes in vitro may enable a promising bioprocess for plastic degradation. Here, we established stable and reproducible plastic-associated biofilm communities derived from the gut microbiome of a superworm, Zophobas atratus, through a two-stage enrichment process: feeding with plastics (HDPE, PP, and PS) and in vitro incubation of gut microbiomes obtained from the plastic-fed worms. Plastic feeding exhibited marginal influence on bacterial diversity but substantially changed the relative abundance of different bacterial groups, and intriguingly, enriched potential plastic degraders. More prominent shifts of microbial communities were observed during the in vitro incubation of the gut microbiomes. Taxa containing plastic-degrading strains were further enriched, while other taxa represented by lactic acid bacteria were depleted. Additionally, the plastic characterization confirmed the degradation of the incubated plastics by the plastic-associated microbial communities. Community functional inference for both gene abundance and community phenotype suggested that the in vitro incubation enhanced plastic-degrading potential. Deterministic ecological effects, in particular, selection processes, were identified as the main driving force of the observed community shifts. Our findings provide novel insights into plastic-munching-worm-inspired bioprocessing of plastic wastes.

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