2016 Fiscal Year Research-status Report
リグニン由来C6-C3プラットホーム芳香族化合物の高効率バイオ生産系デザイン
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15K00649
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| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
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Principal Investigator |
大田 ゆかり 国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海洋生命理工学研究開発センター, グループリーダー代理 (40399572)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秦田 勇二 埼玉工業大学, 工学部, 教授 (20399562)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | リグニン / バイオマス利活用 / 海洋性細菌 / グルタチオン転移酵素 / β-O-4結合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、C6-C3構造を基本骨格とし、新規機能性バイオプラスチックにもなる新しいプラットホーム芳香族モノマー化合物を、リグニンからバイオ生産する系をデザインすることを目的としている。H27年度までの研究により、リグニンから芳香族モノマー化合物を生産する3段階反応のうち、初めの2段階の反応に関与する4つ酵素（SDR3、 SDR5、GST4、GST5）の組換え生産と酵素化学的解析を実施した。H28年度には、さらに最終段階を触媒する1つの酵素GST3に対する酵素化学的解析を実施した。GST3は、3段階カスケード反応の最終段階を担うため、GST3による定量的解析を実施するための酵素反応基質は前段反応を触媒する酵素（GST4、GST5）を用いて反応させた上で、反応産物を精製する必要があった。精製の過程で、GST4およびGST5による反応物が不安定であり、pH変化により容易に構造変化がおきることが分かった。それに対し、中性付近のpHで使用可能なイオン交換樹脂など、温和な調製方法を組み合わせることにより、GST3の反応に適した基質の調製に成功し、これを用いて酵素学的解析を実施することができた。
続いて、上述の3段階のカスケード酵素反応をワンポットで行う条件を設定し、ユーカリから抽出したリグニンを用いて、芳香族モノマー化合物を生産することにも成功した。これらの成果を論文として発表、さらにプレス発表も行った。
さらにGST3結晶条件の検討も行い、結晶化速度を調整するための条件や結晶を大型化する条件を見出すことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
H29年度に予定していた天然物から抽出したリグニンを原料とする芳香族モノマー酵素生産のための反応構築をH28年度に前倒しで実施した。また、これらの成果を論文発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
H28年度までに天然バイオマスから抽出したリグニンに対するワンポット酵素反応に成功した。H29年度はさらにこれらの反応効率を高めるための分子基盤を得るため、酵素の結晶構造解析に注力する。また、さらに多様なバイオマスを原料として、芳香族モノマーの生産が可能かどうか、多様なバイオマス資源を用いて、芳香族モノマー産生試験を実施する。
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| Causes of Carryover |
H28年度には、結晶化タンパクの調製に必要なマンパワーを確保するための新規補助員雇用を計画していた。しかし、外部機関から結晶解析支援を受けることができたため、雇用は行わなかった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
H28年度の研究実施により、GST3の結晶化条件をほぼ決定することができた。しかし、高解像度な結晶構造データを得るには、当初の計画には無かった変異酵素の作成が必要であることが判明したため、新たな変異酵素の作成と、これらの結晶構造解析に必要なタンパク精製費として使用する。
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[Journal Article] Enzymatic specific production and chemical functionalization of phenylpropanone platform monomers from lignin2017
Author(s)
Yukari Ohta, Ryoichi Hasegawa, Kanako Kurosawa, Allyn H. Maeda, Toshio Koizumi, Hiroshi Nishimura, Hitomi Okada, Chen Qu, Kaori Saito, Takashi Watanabe, Yuji Hatada
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Journal Title
ChemSusChem
Volume: vol. 10, No. 2
Pages: 425-433
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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