嫌気性菌による未利用糖質資源からの水素エネルギー生産

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12794004
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: 大宮 邦雄 三重大学, 生物資源学部, 教授 (60023488)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 苅田 修一 三重大学, 生物資源学部, 講師 (90233999) ; 木村 哲哉 三重大学, 生物資源学部, 助教授 (00281080) ; 粟冠 和郎 三重大学, 生物資源学部, 助教授 (20154031) ; 三島 隆 三重大学, 生物資源学部, 助手 (40314140)
• Keywords: キチン分解嫌気性菌 / キチナーゼ遺伝子 / ヒドロゲナーゼ遺伝子 / 水素ガス / クロストリジウム属 / N-アセチルグルコサミン

Research Abstract

三重大学キャンパスから単離したキチン分解嫌気性菌M-21株は、グルコース、N-アセチル-D-グルコサミン(GlcNAc)、およびボールミル処理したキチンを主炭素源として培養すると水素ガスを生産する。1リットルのジャーファーメンターを用いM-21株の最適培養条件を検討した結果、培養温度45度、撹拌250rpmで、グルコースやGlcNAcを炭素源とした場合は、pHを5.8、ボールミル処理したキチンの場合は、pHを6.0に維持する条件が最適であることが見いだされた。グルコース1molからは水素が1.1mol、GlcNAc1molからは2.2mol、GlcNAc 1モル相当のボールミルで磨砕したキチンから1.5molの水素が生産された。またボールミルキチンを炭素源としたときに設定した最適条件で、M-21株は、エビ・ロブスター等のキチン含有廃棄物を分解発酵した。小エビの殻2.6gからは11.4mmolの水素を、伊勢エビの殻1.5gからは7.8mmolの水素を生産した。
キチン分解能、および水素ガス生産能を向上させるために、まず両遺伝子をクローニングし塩基配列を決定した。M-21株は、少なくとも3種のキチナーゼ遺伝子、1種のヒドロゲナーゼ遺伝子を有していることを確認した。これらのうちキチナーゼA、Bはキチン含有廃棄物を分解発酵する主要な酵素であることも新たに見いだした。またヒドロゲナーゼ遺伝子は、1,749塩基対からなるアミノ酸582をコードする推定分子量64,560から構成されていた。既知の同じクロストリジウム属のヒドロゲナーゼと比較するとアミノ酸レベルで約70%の相同性を示し、新規のヒドロゲナーゼ遺伝子であることがわかった。
以上の結果より、1)キチン含有廃棄物から水素ガスが回収できることを確認できたこと、および2)水素ガス生産能を改善するためのキチナーゼ、およびヒドロゲナーゼの遺伝子をクローニングし解析することができた。

Research Products

• [Publications] Evvyrnie,D.: "Identification and Characterization of Clostridium paraputriticam M-21, a Chitinolytic, Mesophilic and Hydrogen-Producing Bacterium."J.Biosci.Bioeng.. 89(6). 596-601 (2000)
• [Publications] Evvyrnie,D.: "Conversion of Chitinous Wastes to Hydrogen Gas by Clostridium paraputrificam M-21"J.Biosci.Bioeng.. (In press). (2001)