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

2001 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Clostridium paraputrificum M株は、キチンを分解してクリーンエネルギーである水素ガスを生産する。このM株を用いて今年度は以下の研究成果を得た。
1.本菌の水素ガス発生の代謝系の末端で機能する酵素ヒドロゲナーゼ遺伝子およびこの発現を調節する領域をクローニングし、構造を解析した。この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。この酵素遺伝子はClostridium属の他種のヒドロゲナーゼと比較するとアミノ酸レベルで約70%の相同性を示す新規のヒドロゲナーゼ遺伝子であることが判明した。
2.この遺伝子をプラスミドpJIR751(5954bp,オ-ストラリア、Dr.Roodより供与)のXbal-SpeIサイトに組み込み構築されたpJIR751-hyd(8301bp)をエレクトロポレーション法(25μFD/0.5kV/400Ω)を用いて導入した。得られた組換え体は、野生株と比較して最大で1.8倍の水素ガスが発生した。また時間あたりの水素ガス発生量も最大1.8倍の増加であった。通常、嫌気性細菌ではグルコース1モルあたり2モルの水素が発生すると報告されているが、本研究により同量の炭素源から約1.2-1.8倍の水素ガスを得ることができた。
3.有機酸を測定したところ、野生株では、乳酸40mM、および酢酸40mMが生産されていることが判明した。これに対し、ヒドロゲナーゼ組換え体では、酢酸が50mMに増加していたのに対し、乳酸が5mMに激減していた。従って、グルコース1モルあたりの水素発生量が著しく多くなった原因としては、ヒドロゲナーゼの発現強化によって乳酸に行く代謝経路が細くなり、水素生産にプラスしたものと考えている。

Research Products

• [Publications] Morimoto, K., Karita, S., Kimura, T., Sakka, K., Ohmiya, K.: "Characterizarion of Clostidium paraputrificum Chitinase A from a Recombinant Escherichia coli"J. Biosci. Bioeng. 92(5). 466-468 (2001)