Zophobas atratus（Coleoptera: Tenebrionidae）の幼虫であるスーパーワームにおける低密度ポリエチレンとポリスチレンの生分解。広範囲と限定された範囲での脱重合

Biodegradation of low-density polyethylene and polystyrene in superworms, larvae of Zophobas atratus (Coleoptera: Tenebrionidae): Broad and limited extent depolymerization.

• Bo-Yu Peng
• Yiran Li
• Rui Fan
• Zhibin Chen
• Jiabin Chen
• Anja M Brandon
• Craig S Criddle
• Yalei Zhang
• Wei-Min Wu

抄録

Zophobas atratus（Z.morio, Z.rugipes Kirsch, Coleoptera: Tenebrionidae）の幼虫は、Tenebrio molitorの幼虫と同様に、発泡スチロール（EPS）や低密度ポリエチレン（LDPE）を食することができる。中国・広州（G株）と米国・イリノイ州マリオン（M株）の幼虫を用いて，25℃でEPSとLDPEの生分解を評価した。33日以内に、株Gの幼虫は、58.7±1.8mgと61.5±1.6mg 100幼虫のそれぞれの消費率を持つ彼らの唯一の食事として、それぞれのLDPEとPSの発泡体を摂取した。また，M株では共食（ふすままたはキャベツ）を必要とし，それぞれ57.1±2.5mg，30.3±7.7mgの摂取率であった。ゲル浸透クロマトグラフィー分析の結果，G株はEPSの広範な脱重合を行い，残留ポリマーの重量平均分子量(M)および数平均分子量(M)が減少したが，M株は限定的な脱重合を行い，MおよびMが増加した。しかし、両株ともLDPEの限定的な範囲の脱重合を行った。抗生物質ゲンタマイシンを給与した後は腸内微生物の抑制が見られたが，フラス中の残留LDPEおよびEPSのMおよびMは基本的に変化しておらず，脱重合・生分解は腸内微生物に依存していることが示唆された。本研究では、腸内微生物に依存したLDPEとEPSの生分解はTenebrionidaeのZ.atratusに存在するが、その範囲は限定的であり、その結果、フラス中には高分子量の未消化のポリマーが存在することを明らかにした。

Larvae of Zophobas atratus (synonym as Z. morio, or Z. rugipes Kirsch, Coleoptera: Tenebrionidae) are capable of eating foams of expanded polystyrene (EPS) and low-density polyethylene (LDPE), similar to larvae of Tenebrio molitor. We evaluated biodegradation of EPS and LDPE in the larvae from Guangzhou, China (strain G) and Marion, Illinois, U.S. (strain M) at 25 °C. Within 33 days, strain G larvae ingested respective LDPE and PS foams as their sole diet with respective consumption rates of 58.7 ± 1.8 mg and 61.5 ± 1.6 mg 100 larvaed. Meanwhile, strain M required co-diet (bran or cabbage) with respective consumption rates of 57.1 ± 2.5 mg and 30.3 ± 7.7 mg 100 larvae d. Fourier transform infrared spectroscopy, proton nuclear magnetic resonance, and thermal gravimetric analyses indicated oxidation and biodegradation of LDPE and EPS in the two strains. Gel permeation chromatography analysis revealed that strain G performed broad depolymerization of EPS, i.e., both weight-average molecular weight (M) and number-average molecular weight (M) of residual polymers decreased, while strain M performed limited extent depolymerization, i.e., M and M increased. However, both strains performed limited extent depolymerization of LDPE. After feeding antibiotic gentamicin, gut microbes were suppressed, and M and M of residual LDPE and EPS in frass were basically unchanged, implying a dependence on gut microbes for depolymerization/biodegradation. Our discoveries indicate that gut microbe-dependent LDPE and EPS biodegradation is present within Z. atratus in Tenebrionidae, but that the limited extent depolymerization pattern resulted in undigested polymers with high molecular weights in egested frass.

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