Production of phyllo-manganates by a fungal highly-reactive enzyme and environmental bioptechnological application including rare metals recovery

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K12619
• Research Institution: Akita Prefectural University
• Principal Investigator: 宮田 直幸 秋田県立大学, 生物資源科学部, 教授 (20285191)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 東條 ふゆみ 秋田県立大学, 生物資源科学部, 特任助教 (90758228) [Withdrawn] ; 福島 淳 秋田県立大学, 生物資源科学部, 教授 (00181256)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: マンガン酸化酵素 / 遺伝子クローニング / 真菌 / 金属回収

Outline of Annual Research Achievements

微生物が酵素反応で作り出すマンガン酸化物は優れた反応性をもつため、環境資源技術への応用が期待される。本研究では、真菌Acremonium strictum KR21-2株のマンガン酸化酵素をクローニングし、酵母を用いた大量発現系を構築するとともに、酵素反応過程や金属イオンの取込みを明らかにすることを目的としている。
本年度は、Pichia酵母発現系で得られたマンガン酸化酵素を用いて、マンガン酸化物粒子の生成過程を解析した。反応開始後早い時間からナノ粒子の生成が観察され、30分後で400 nm、1時間後に700 nm程度の粒径に成長すること、この反応は亜鉛イオン、ニッケルイオンの共存により抑制されることが明らかになった。
本研究の成果は以下のとおりである。（1）KR21-2株のマンガン酸化酵素の遺伝子配列を明らかにした。（2）Pichia酵母による発現系に組み込むことにより、標的酵素タンパク質を大量発現することに成功した。（3）精製酵素を用いてウサギポリクロナール抗体を作製し、マンガン酸化反応を解析する有用なツールを取得することができた。（4）酵素反応によって最終的に2.5～3 μmの比較的均一なマンガン酸化物粒子が生成するが、その過程においてナノ粒子の成長を経時的に捉えることができた。また、粒子への亜鉛イオンの取込みも解析された。
本研究によって、これまで未知であった真菌のマンガン酸化物酵素を初めて特徴付けることができた。また、細菌、真菌を問わず、均一な酵素反応系を用いてマンガン酸化物粒子の生成過程をナノサイズからマイクロサイズで捉えた報告はなく、今後、本研究で取得した酵素系を用いて微生物によるマンガン酸化機構を分子レベルで詳細に解明できると期待される。微生物によるマンガン酸化反応は環境資源技術への応用が期待されており、本研究成果はその基盤的な知見を提供するものである。