Bioplastic production by hydrogen-oxidizing bacterium under microaerobic condition

Research Project

Project/Area Number	21F20100
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Single-year Grants
Section	外国
Review Section	Basic Section 38020:Applied microbiology-related
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	福居俊昭東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (80271542)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	HUONG KAI HEE 東京工業大学, 生命理工学院, 外国人特別研究員
Project Period (FY)	2021-04-28 – 2023-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000) Fiscal Year 2022: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000) Fiscal Year 2021: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords	生分解性プラスチック / ポリヒドロキシアルカン酸 / 微生物合成 / 代謝工学
Outline of Research at the Start	ポリヒドロキシアルカン酸（PHA）共重合体の１種であるポリ(3-ヒドロキシブタン酸-co-4-ヒドロキシブタン酸)は柔軟性に優れた生分解生プラスチックであるが、その生合成には前駆体添加、あるいは中央代謝を経由する複雑な生合成経路が必要である。本研究ではブタノール発酵菌などが有する酸素感受性4HB-CoAデヒドラターゼを用いるシンプルな生合成経路を好気性PHA生産菌に構築するため、活性酸素種の除去能を強化する遺伝子改変や微好気培養条件を検討する。これによりバイオマス原料から前駆体添加なしに本共重合体を生合成できる新規な微生物株を作製し、その効率的生産技術の確立を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	微生物が産生するポリヒドロキシアルカン酸（PHA）は生分解性バイオプラスチックであり、プラスチックごみによる環境汚染問題の解決策の１つと期待されている。ポリ(3-ヒドロキシブタン酸-co-4-ヒドロキシブタン酸）[P(3HB-co-4HB)]は柔軟性に優れたPHAであり、これまでに4HBやブチロラクトンなどの前駆体の添加なしにP(3HB-co-4HB)を生合成可能な組換え微生物が作製されているが、その生合成経路はTCA回路から分岐して還元力とATPの消費を伴う多段階反応である。本研究ではシンプルな4HBユニット生成経路を実装した生産株の確立を目指した。酸素耐性の高い嫌気性アンモニア酸化アーキア由来の4HB-CoAデヒドラターゼ（4HCD）を用いることで、中央代謝から分離してアセチル-CoAから4HBユニットを生成する経路をPHA生産菌Ralstonia eutrophaのグルコース資化性改変株に導入した。作製した改変株は振とう数を通常の1/2とした微好気条件でP(3HB-co-4HB)共重合体をグルコース単一炭素源から生合成することを見出した。アセチル-CoA代謝の競合経路の遮断などの改変をさらに加えることで、最大8.6 mol%の4HBユニットを含むPHA共重合体を乾燥菌体重量あたり54wt%の高蓄積率でグルコース原料のみから生合成することを達成した。活性酸素種の１つである過酸化水素を分解するカタラーゼを共発現させた株でも、振とう数を通常とした好気条件ではPHAに4HBユニットはほとんど含まれず、カタラーゼ共発現は4HCDの酸素耐性能に影響しないことが考えられた。一連の改変と培養の過程で、作製したR. eutropha改変株は微好気条件では3HB・4HB以外のモノマーユニットを共重合することを見出し、その詳細を検討した。
Research Progress Status	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。