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Industrial application of nylon-degrading enzymes

Research Project

Project/Area Number 19K05171
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
Research InstitutionUniversity of Hyogo

Principal Investigator

Negoro Seiji  兵庫県立大学, 工学研究科, 特任教授(名誉教授) (90156159)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 武尾 正弘  兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (40236443)
加藤 太一郎  鹿児島大学, 理工学域理学系, 准教授 (60423901)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywordsナイロン / ケミカルリサイクル / ナイロン分解酵素 / NylC / 生分解 / X線結晶構造解析 / ポリアミド / 表面加工 / バイオナイロン / 環境負荷 / リサイクル / 再資源化 / 耐熱性酵素 / プラスチック分解 / プラスチック / 酵素分解 / 立体構造 / 熱安定性 / 結晶構造解析 / タンパク質工学 / 代謝工学 / 6-アミノヘキサン酸
Outline of Research at the Start

ナイロンは、強度、耐熱性、耐薬品性に優れ、繊維・プラスチックとして広く利用されているが、リサイクル化が困難なため、使用後のポリマーの大半は、焼却・廃棄処分されている。本研究では、各種ナイロンに対する酵素活性と、タンパク質安定性において、卓越した特性を有する酵素を、X線結晶構造解析と計算化学による分子設計から創出し、合成ポリアミドの酵素変換を可能にする革新的なバイオシステムの構築を目指す。さらに、ナイロンモノマーの代謝に関するフラックス解析を実施し、6ナイロンモノマー生産の技術基盤を確立する。

Outline of Final Research Achievements

Biodegradation of synthetic polymers is recognized as a useful way to reduce environmental load causing pollution, loss of natural resources, increase of energy consumption, and generation of greenhouse gases. The potential use of enzymes responsible for the degradation of the targeted polymers is an effective approach which enables the conversion of the used polymers to original monomers and/or other useful compounds. As for the hydrolytic degradations of nylons to smaller metabolites, three enzymes, NylA, NylB and NylC have been found. We have determined the three-dimensional structure and catalytic mechanisms of the enzymes. By customization of the enzymatic reaction and the pre-chemical treatment conditions toward nylon polymers, the efficiency of the hydrolytic reaction was remarkably increased, and they succeeded in converting more than 80% of polymeric nylons into monomers.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

リサイクルの中でも特に、高分子を構成ユニットにまで分解し再重合するケミカルリサイクルは究極の資源循環方法と目されている。これまでに様々なケミカルリサイクル手法が提案されているが、微生物・酵素を用いるアプローチは、構成ユニットへの優れた再生技術として高い可能性を秘めている。天然に存在しない分子構造を有し、強固な分子間相互作用を有することから、ナイロンは生分解を受けない素材であるというのが一般的な認識である。我々は、酵素の立体構造に基づくタンパク質工学と分子進化工学的手法により、実用レベルにて高分子ナイロンを加水分解可能な酵素(ナイロン加水分解酵素)を創出することに成功した。

Report

(6 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (21 results)

All 2023 2022 2021 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 2 results) Book (4 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Int'l Joint Research] オークリッジ国立研究所(米国)

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    • Author(s)
      Seiji Negoro, Naoki Shibata, Dai-ichiro Kato, Yusuke Tanaka, Kengo Yasuhira, Keisuke Nagai, Shohei Oshima, Yoko Furuno, Risa Yokoyama, Kaito Miyazaki, Masahiro Takeo, Kowit Hengphasatporn, Yasuteru Shigeta, Young-Ho Lee, Yoshiki Higuchi
    • Journal Title

      FEBS journal

      Volume: - Issue: 13 Pages: 3400-3421

    • DOI

      10.1111/febs.16755

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  • [Journal Article] Structural and functional characterization of nylon hydrolases2021

    • Author(s)
      Seiji Negoro, Dai-ichiro Kato, Taku Ohki, Kengo Yasuhira, Katsumasa Kamiya4, Yasuteru Shigeta, Yasuyuki Kawashima, Keisuke Nagai, Masahiro Takeo, Naoki Shibata,
    • Journal Title

      Methods in Enzymology

      Volume: 648 Pages: 357-389

    • DOI

      10.1016/bs.mie.2020.11.004

    • ISBN
      9780128220122
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] ナイロン分解酵素NylBの構造進化、触媒機構とアミド合成への応用2019

    • Author(s)
      根来誠司, 武尾正弘, 柴田直樹, 樋口芳樹, 加藤太一郎, 重田育照
    • Journal Title

      バイオインダストリー

      Volume: 6 Pages: 4-16

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  • [Journal Article] Draft genome sequence of a bioflocculant-producing bacterium, Citrobacter freundii IFO13545.2019

    • Author(s)
      P. Baranwal, K. Kimura, S. Mayilraj, S. Negoro, M. Takeo
    • Journal Title

      Microbiol. Resour. Announc

      Volume: 8

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structural and functional analysis of nylon hydrolase and enzymatic approach for recycling of nylons2023

    • Author(s)
      Seiji Negoro, Dai-ichiro Kato, Naoki Shibata
    • Organizer
      第23回生体触媒化学シンポジウム
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  • [Presentation] Development of Chemical Pretreatment Techniques for High-Efficiency Enzymatic Nylon Monomerization2023

    • Author(s)
      Yuki Shiraishi, Risa Yokoyama, Yoko Furuno, Tatsuo Kaneko, Seiji Negoro, Dai-ichiro Kato
    • Organizer
      第23回生体触媒化学シンポジウム
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A novel marine bacterium degrading the monomer unit of itaconate-derived nylon-6i2023

    • Author(s)
      Yoko Furuno, Risa Yokoyama, Kaito Miyazaki, Tatsuo Kaneko, Seiji Negoro, Dai-ichiro Kato
    • Organizer
      第23回生体触媒化学シンポジウム
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] エンド型ナイロンオリゴマー分解酵素NylCの立体構造に基づく自己分断機構2023

    • Author(s)
      柴田 直樹,樋口 芳樹, 加藤 太一郎, 重田 育照, 武尾 正弘,根来 誠司
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      第472回ビタミンB研究協議会
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      白石雄樹、横山理沙、古野洋子、根来誠司、加藤太一郎
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    • Author(s)
      Risa Yokoyama, Yuki Shiraishi, Yoko Furuno, Seiji Negoro, Dai-ichiro Kato
    • Organizer
      Active Enzyme Molecule
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Enzymatic hydrolysis of itaconate-derived nylons and isolation of a new bacterium degrading its monomer component2022

    • Author(s)
      Yoko Furuno, Risa Yokoyama, Kaito Miyazaki, Tatsuo Kaneko, Seiji Negoro, Dai-ichiro Kato
    • Organizer
      Active Enzyme Molecule
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    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] イタコン酸由来光スイッチポリアミドの酵素分解2022

    • Author(s)
      加藤太一郎、柴田直樹、根来誠司
    • Organizer
      74回日本生物工学会大会 (シンポジウム)
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    • Invited
  • [Presentation] ビスフェノールS無機化のための芳香族スルホン酸分解菌の分離2019

    • Author(s)
      猪野椋太, 王 許和, 根来誠司, 武尾正弘
    • Organizer
      環境バイオテクノロジー学会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Concentration of a chitosan-like polysaccharide from the cultures of Citrobacter spp. and its crystalline namo/microfiber formation.2019

    • Author(s)
      P. Baranwal, S. Negoro, M. Takeo
    • Organizer
      第71回日本生物工学会大会
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  • [Book] Photo-switched Biodegradation of Bioplastics in Marine Environments Chapter 92023

    • Author(s)
      Dai-ichiro Kato, Naoki Shibata, Seiji Negoro
    • Total Pages
      13
    • Publisher
      Springer Nature
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  • [Book] プラスチックのリサイクルと再生材の改質技術, 第2章 プラスチックのケミカルリサイクル技術2023

    • Author(s)
      加藤太一郎,柴田直樹, 根来誠司
    • Total Pages
      21
    • Publisher
      技術情報協会
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  • [Book] Photo-switched biodegradation of bioplastics in marine environments2022

    • Author(s)
      Kato, D., Shibata, N., and Negoro, S. (ed. by Kaneko, T)
    • Publisher
      Springer Nature
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  • [Book] 食品・バイオにおける最新の酵素応用2019

    • Author(s)
      根来誠司, 武尾正弘, 柴田直樹, 樋口芳樹, 加藤太一郎, 重田育照
    • Total Pages
      15
    • Publisher
      シーエムシー出版
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] ナイロンの加水分解方法2022

    • Inventor(s)
      加藤太一郎, 白石雄樹
    • Industrial Property Rights Holder
      加藤太一郎, 白石雄樹
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-032566
    • Filing Date
      2022
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 細菌、ポリアミド処理剤及びポリアミド処理方法2022

    • Inventor(s)
      加藤太一郎, 古野洋子, 横山理沙
    • Industrial Property Rights Holder
      加藤太一郎, 古野洋子, 横山理沙
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-034081
    • Filing Date
      2022
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URL: 

Published: 2019-04-18   Modified: 2025-01-30  

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