バイオマスの有効利用を目指した超耐熱性エンドグルカネースの高機能化

• Project/Area Number: 04F04585
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 外国
• Research Field: Applied biochemistry
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 石川 一彦 産業技術総合研究所, セルエンジニアリング研究部門, 主任研究員
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): KANG Hee-Jin 産業技術総合研究所, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2006: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2005: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: セルラーゼ / バイオマス / アーケア / 酵素 / ゲノム / 耐熱性

Research Abstract

申請者は、バイオマスの有効利用、特に植物炭水化物からアルコール生産を行うための前処理用酵素として期待されている超耐熱性糖質分解酵素(超耐熱性エンドグルカネース)の開発を目的に研究を行ってきた。近年、超好熱菌ゲノム解析プロジェクトで解読したゲノム情報から、超耐熱性エンドグルカネースを世界で初めて発見した。本超耐熱性エンドグルカネースは、今まで知られている如何なるエンドグルカネースよりも耐熱性が高いため、その有効性が大いに期待されている(特許出願中)。しかし、現時点では、固形植物炭水化物に対する活性が低い(期待値の約10分の1)ために、その実用化が滞っている。本共同研究では、植物炭水化物の構造解析技術を用いて、超耐熱性エンドグルカネースを改良し、植物炭水化物を有効利用することができる新規酵素を開発する。超耐熱性エンドグルカネースの改良は、超耐熱性エンドグルカネース遺伝子と植物炭水化物に対して高活性を示すエンドグルカネース遺伝子とを用いて、遺伝子シャッフリング技術で両酵素の欠点を克服することで行う。具体的には、本酵素の超耐熱性の性質を一部犠牲にして(耐熱性が20℃低下しても問題なし)、固形植物炭水化物に対して高活性(約10倍)を示す改良エンドグルカネースを構築する。
今年度までに行った研究の結果、遺伝子シャッフリング実験の結果は、全て酵素活性が低下するという結果であった。しかし、基質結合部位の改良によって酵素活性の向上に成功した。しかし、活性の向上は2-3倍程度に止まり、熱安定性の低下は殆ど見られなかった。また、使用した基質により活性の向上の程度が異なっていた。今後、結晶構造解析による活性部位の詳細な情報を得ることで、これらの問題点を克服できると考えている。さらに、本研究から、本酵素の構造および活性に不必要な箇所が見出され、これらの部位を改良することにより酵素機能を向上できるとも考えられる。