プラスチック生分解が引き金となる難分解添加剤放出による海洋環境汚染の加速評価基盤

• Project/Area Number: 21K05870
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 41050:Environmental agriculture-related
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 大田 ゆかり 群馬大学, 食健康科学教育研究センター, 講師 (40399572)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 生分解性プラスチック / 難分解添加剤 / 加速評価 / 酵素 / 海洋微生物 / 添加剤 / 海洋環境汚染

Outline of Research at the Start

生分解性プラスチックには、その品質や付加価値を高めるために改質剤などが添加される場合がある。これらの添加剤の中には、生物への有害性や環境貯留性を持つ分子も存在し得る。リスクのある分子が添加された生分解性材料の大量使用が開始されれば、易分解性部が分解された後に残る難分解物質が水圏へと放出され、環境汚染につながることが懸念される。
本研究では、生分解性プラスチックと同時に使用される人為起源の化学物質の迅速な環境影響評価系を構築することをの最終目標として、生分解性プラスチックの微生物代謝変換を実験室内で再現した生分解加速モデル系の構築を通じて、海洋微生物による上記代謝への理解を深めていく。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、生分解性プラスチックと同時に使用される人為起源の難分解性化学物質に着目し、基盤材料の生分解過程で放出されるこれらの分子の検出を可能とすることを目指して、実験室内でのモデル分解系の構築を行っている。
昨年度に引き続き、生分解加速モデル系構築へ向けて、生分解性プラスチック分解酵素の取得を継続した。スクリーニングによりPHA分解活性が見られた菌株の持つバチルス属細菌のもつPoly(3-hydroxybutyrate) depolymeraseの発現コンストラクトを、大腸菌ベクター系を使って作成した。今後、関連酵素の枯草菌での組換えタンパク質生産を可能とするため、枯草菌での形質転換条件の検討を行った。
また、複数の生分解性プラスチックの酵素分解物を海水で希釈した液をモデルサンプルとして、分解途中のオリゴマーを濃縮回収する条件を検討した。LCMSによる分離と検出条件の検討も併せて行った。pHや通水量、溶出溶媒の検討により希薄サンプルからのオリゴマー回収と検出も可能となった。逆相モードの固相抽出カラムによる濃縮回収では、脂溶性夾雑物が同時に濃縮され、今後微量分析の支障となることが懸念された。そこで始めに活性炭カラムを用いて脂溶性夾雑　物を除去する工程を追加したところ、汚染を軽減することができた。対象オリゴマーの極性が高い場合には本法は有効であったが、極性の低いオリゴマーの場合は活性炭カラムからの溶出が困難であった。本課題が対象とする添加物の場合も同様の課題が生じることが予想されることから分別条件の確立または選択的な検出法が必要と考えられる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

分解中間体の抽出・前処理・分析の格段階において、手法の検討を行ったが、極性の低い物質の夾雑物との分離と回収について課題が残った。

Strategy for Future Research Activity

分解中間体の抽出・前処理・分析の格段階において、手法の最適化を引き続き行う。
また分解プラスチック分解酵素のコレクションを強化し、添加剤を含むサンプルの分解物の作成と分析（LCMSおよびGCMS）を実施する。