2016 Fiscal Year Research-status Report
Construction of heat-resistant ethanol-fermenting fungus by ion beam mutation and its application to consolidated bioprocessing
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15K06577
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
星野 一宏 富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 准教授 (20222276)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 耐熱性菌 / 糸状菌 / エタノール発酵 / イオンビーム変異 / セルラーゼ / バイオマス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
未利用なバイオマス資源からエタノールを生産させることを日的として、ペントースを高収率で発酵が可能で、さらに、多様なセルロース分解酵素を分泌する野生の糸状菌の開発を行ってきた。本糸状菌は、培養環境により二形性変化を示し酵母化するとともに、リグノセルロースからの直接エタノールを生産する糖化発酵同時進行プロセス(CBP)へ適応できると期待されている。しかし、分泌するセルラーゼの至適温度と至適発酵温度が異なることから、効率の高いエタノール生産は達成させることはできない。この問題を解決する方策として、エタノール発酵糸状菌の増殖および発酵温度を向上させこと最良の解決策である。この様な背景において、運良くイオンビーム変異法により得たエタノール発酵糸状菌変異株の増殖可能温度が向上することを発見した。本研究では、CBPプロセスの効率化を図るために、イオンビーム照射法により耐熱性エタノール発酵糸状菌を構築し、この糸状菌を用いた高温発酵型のCBPプロセスを構築することを目的として、耐熱性エタノール発酵糸状菌変異株の取得、高温安定発酵菌株の育種、耐熱化メカニズムの解明、および高温発酵型CBPへの応用について検討する。昨年度、イオンビーム変異法により構築した耐熱性エタノール発酵糸菌を用いて発酵能試験、セルラーゼ分泌能および分泌セルラーゼなどを検討した結果、45℃で17 g/Lのエタノールを生産できること、基質をα-celluloseを用いたところendo-β-glucanase, β-glucosidaseを分泌生産していることを確認できた。この結果より、イオンビーム照射法を再度実施し、セルラーゼ高発現変異株を構築することで、セルロース類からのCBPが達成できる可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
イオンビーム変異法により構築した耐熱性エタノール発酵糸状菌の特性和解明するために、各種温度におけるグルコースからのエタノール発酵を実施した結果、40℃では発酵効率95%、45℃では発酵効率85%でエタノール生産ができた。この際、親株では全く発酵できなかった45℃の環境下で17 g/Lのエタノールを生産させることができた。さらに、CBPを達成させるために、45℃のもとα-セルロースを基質とした培養を行った結果、エタノール生産量は僅かであったが、endo-β-glucanse及びβ-glucosidaseの分泌が確認できた。しかしながら、cellobiohydrolaseの分泌が乏しいことも判明した。耐熱性エタノール発酵糸状菌を用いたセルロース資源からのCBPによりエタノール生産を達成させるためには、イオンビーム照射誘導法を再度実施し、セルラーゼ高分泌糸状菌の構築が必要である。そこで、平成28年度末にカーボンイオンビーム照射を実施し、セルラーゼ分泌生産向上株のスクリーニングを実施し、有望な変異株の取得に成功している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度以降は、イオンビーム変異法により得られた耐熱性変異株の耐熱化に係わるメカニズムを解明することを日指し、細胞分裂、細胞構造、代謝、生合成など多様な機構が関与していると考えられる酵素および遺伝子に関して、網羅的に解析するために、以下の点を実施する計画である。プロテオーム解析による細胞内発現酵素の解明:耐熱性エタノール発酵糸状菌と親株を各種温度で培養し、その際得られた細胞内タンパク質に関して、2D-PAGE+LC-MS/MSを行い、特に、細胞壁の形成に関わる酵素群、例えば、キチン合成酵素、脂肪酸伸張酵素、脂肪酸不飽和化酵素などをターゲットとして、発現タンパクの相違を検証し、耐熱化に関与している酵素群の特定を行う。さらに、その裏付けとして、我々が既に有しているゲノムグラフト情報と耐熱陸変異株のゲノム情報を比較し検討し、発現タンパク質と耐熱化との関係を解明する。
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Research Products
(8 results)
