2016 Fiscal Year Research-status Report
レアメタル代謝細菌における生物気化メカニズムの解明と気化回収開発
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16K06876
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山下 光雄 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40220347)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | レアメタル / セレン / 生物気化 / メカニズム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
レアメタルは小型デジタル家電や、電気自動車のモーターや電池の材料として不可欠な元素であり、ハイテク産業での需要が急速に伸びている。レアメタルの中でも可採年数が短く、近い将来に枯渇が予想される鉱種は、急激な価格の乱高下が起こりやすい。さらにレアメタルは特定国に偏在し、囲い込みが起きている。このために資源が乏しく、世界でも有数のレアメタル消費大国である日本では安定供給に向けた対策が望まれている。
申請者は廃水や廃棄物からのレアメタル回収を可能とするアプローチとして、微生物による金属代謝（メタルバイオテクノロジー）の活用を提案している。生物のもつ高選択性を活かすことで、メタルバイオテクノロジーは廃水・廃棄物から金属を浄化・回収する技術になる。これまでに本技術を活用して廃水中からセレン（Se）を回収する技術開発に成功している。微生物によるメタルバイオテクノロジーの中でも生物気化 (バイオボラタリゼーション) は、レアメタル回収技術への活用が期待されている機能の一つである。バイオボラタリゼーション能を保有する微生物の分離やその応用に成功すれば、 レアメタルを温和な反応条件で容易に回収するプロセスの開発が可能となる。
本研究期間ではバイオボラタリゼーションを利用したレアメタルの1種であるSeの気化メカニズムを明らかにし、それを応用した回収技術を開発する。具体的には申請者等が単離したセレン酸還元細菌Pseudomonas stutzeri NT-I株の保有するSeをメチル化能や気化能に関するメカニズムを解明し、実廃水・廃棄物、汚染土壌からのSe気化回収試験と再資源化技術の構築を行う。これら一連の研究を通じて、既存技術では困難、または不可能とされている廃水・廃棄物、汚染土壌からのレアメタルのリサイクルを可能とし、本技術を広く他のメタルに汎用できる技術にすることを目指すものである。
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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
培養工学的アプローチによる気化Se回収液からのSe再資源化を検討した。申請者はこれまでにセレン酸もしくは亜セレン酸を培養液に添加したものを模擬廃水として、NT-I株のバイオボラタリゼーションを利用したSe気化回収試験を行ってきた。セレン酸還元細菌Pseudomonas stutzeri NT-I株が生合成したジメチルジセレニド（DMDSe）を硝酸中で溶解し捕集することに成功している。硝酸中のDMDSeは不揮発性のメチルセレニン酸となる。メチルセレニン酸は工業利用されにくいので、資源価値のある元素態Seや二酸化セレンに変換することを試みた。メチルセレニン酸含有硝酸溶液を苛性ソーダで中和した。そこに過酸化水素を添加し70度で60分間保温して酸化し、セレン酸に変換した。続いて亜硫酸ナトリウムを添加して亜セレン酸に還元・変換した。最後にアスコルビン酸を添加して元素態セレンに還元・変換した。以上の結果、メチルセレニン酸から99%以上の純度のある元素態セレンの回収に成功した。
遺伝子工学的アプローチによりまずはDMDSeを生合成するための基質の特定を試みた。NT-I株を用いてセレン酸から以前確立した実験方法により微生物が合成した元素態Se（バイオセレン）を精錬した。NT-I株やDMDSe合成酵素遺伝子を導入した組換え大腸菌にバイオセレンを基質として添加、培養した。培養気化物をガスクロマト質量分析装置（GC-MS）により分析したところ、12時間後に組換え大腸菌はNT-I株と同量のDMDSeだけを生成した。DMDSe以外の不純物は認められなかった。以上の事から、DMDSe合成遺伝子組換え大腸菌はバイオセレンからDNDSeを合成することが分かった。
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| Strategy for Future Research Activity |
培養工学によるメチル化セレン（気化セレン）還元最適化の検討においては基質である
赤色バイオセレンを簡単に精錬することができたので、pH、温度、塩濃度、通気量、攪拌速度などの条件を変化させてセレン気化合成能に与える影響を評価する。また気化能を向上・阻害する因子の特定を行い、回収ユニットの構築を目指す。
遺伝子工学によるメチル化セレン（気化セレン）関与遺伝子の探索は還元に関与する候補遺伝子が取得できたので、組換え酵素の合成・特徴解析など詳細な解明を行う。NT-I株でのセレン還元メカニズムを調べるために、クリソタイル法による形質転換系の構築を試みる。最終的には、セレン回収の向上を目指す。
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Research Products
(6 results)
