| Project/Area Number |
20J15659
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 38020:Applied microbiology-related
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
儀武 菜美子 長岡技術科学大学, 工学研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
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| Keywords | 天然ゴム / ポリヒドロキシ酪酸 / バイオプラスチック / ポリイソプレン分解酵素 / PHB生産菌 / PHB |
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| Outline of Research at the Start |
非可食性バイオマスであるポリイソプレンゴムを代謝するRhizobacter gummiphilus NS21株は、バイオプラスチックであるポリヒドロキシアルカン酸 (PHA)を生産する。本株の代謝能を利用することで、ポリイソプレンゴムとその廃棄物からのバイオプラスチック生産が可能となるが、そのためには生産物の生産性向上と物性改変が求められる。本研究では、NS21株のPHA生産性向上と生産するPHAの物性改変を目的として、PHA生産関連遺伝子とそれらの発現量を改変した変異株を作出する。それにより、非可食性バイオマスとその廃棄物を原料としたバイオプラスチック生産に関わる基盤技術の確立を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
天然ゴム分解菌Rhizobacter gummiphilus NS21株は、細胞外でポリイソプレンをイソプレンオリゴマーへと低分子化して細胞内に取り込むことで代謝する。天然ゴム培養時のNS21株細胞を電子顕微鏡で観察した結果、細胞内にバイオプラスチックの一種であるポリヒドロキシアルカン酸を蓄積していることが判明した。そこで本株を利用することにより、天然ゴムを原料としたバイオプラスチック生産技術を構築することが可能であると考えた。NS21株が生産するポリヒドロキシアルカン酸をガスクロマトグラフィーで分析した結果、ポリヒドロキシ酪酸 (PHB)であることが明らかとなった。またNS21株のゲノム中にポリヒドロキシ酪酸 (PHB)合成遺伝子群 (phaCAB)の存在を確認している。
NS21株のPHB生産系の効率化を目指して、培養条件の検討と本株の遺伝子改変を行なった。先行研究では、細胞の増殖に必要な窒素源量が不足すると、PHAの前駆体であるアセチルCoAがPHA合成経路へと分配されPHA合成が促進されることが示されている。そこで、NS21株培養時の窒素源を10%にした。その結果、NS21株においても、PHBの蓄積量が約4倍に向上することが明らかとなった。このことから、本株においても窒素減の制限によりアセチルCoAがPHB合成に利用されやすくなったと考えられる。
本株のゲノム解析により2つのPHB分解酵素遺伝子ホモログを同定している。そこで、PHB生産性の向上を目指して、相同組換え法によって両遺伝子ホモログの二重破壊株を作製した。得られた二重破壊株を天然ゴムで培養した際のPHB蓄積量を調べた結果、野生株の場合と比較して生産量が約5倍に向上することが示された。得られた破壊株ではPHB分解能が欠失したことで、細胞内で生産したPHBが分解されずPHB蓄積量が増大したと考えられる。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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