単離したセルロース生成好熱菌による廃グリセロールからのバクテリアセルロース生産

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17F17354
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 中崎 清彦 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 教授 (70180263)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): VIKROMVARASIRI NUNTHAPHAN 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2017-11-10 – 2020-03-31
• Keywords: 好熱性細菌 / バクテリアセルロース / 細胞外ポリマー / グリセロール

Outline of Annual Research Achievements

本研究では高温条件下（50~60℃）において廃グリセロールからバクテリアセルロースを生産することを目的とした。高温で作成したコンポスト試料を用いて、セルロースを生産する好熱性菌の単離を試みた。単離にはグリセロールを炭素源とする培地を用い、培養温度は高温条件下で培養した。50℃において液体培地の表面にバイオフィルムを形成する36株を単離した。バイオフィルムは、バクテリアセルロースのみならず、微生物が生産する菌体外ポリマーによっても形成されるので、生成されたバイオフィルムがバクテリアセルロースであることを確かめるために、回収したバイオフィルムに硫酸、および酵素セルラーゼを作用させてグルコースの生成を確かめた。その結果、36株の内、16株の細菌がバクテリアセルロースよりなるバイオフィルムを生成することを確かめ、グリセロールを原料に高温条件下でバクテリアセルロースの生産菌を獲得することができた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究は研究計画のタイムスケジュールに沿って順調に進んでいる。研究の最初の目的はグリセロールを炭素源として高温条件下でセルロースを生産する微生物の単離であったが、この目的は16株の好熱性細菌を発見することで達成された。バクテリアセルロースを菌体外ポリマーとして生産する細菌が16株も単離されたことは当初の予想以上の成果であった。引き続く実験では、フラスコを用いた純粋培養で単離した16株からバクテリアセルロースの生産性が菌株をスクリーニングしている。また、高いセルロース生産性を持つ5株については、16S rRNA遺伝子を解析することによって系統分類し、これらの細菌を同定する実験に取り掛かっている。以上のように、この研究は順調に進行している。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度は、前年度に単離した5株の好熱性細菌の同定、グリセロールからのバクテリアセルロース生産能の評価、最適培養条件の確立、生成バクテリアセルロースの物理的・機械的特性の評価をおこなう。単離した5株の好熱性細菌の同定は16S rRNA系統分析を用いる。続いて、グリセロールを培地中の主な炭素源として使用して単離菌によるバクテリアセルロース生産実験をおこなう。また、バクテリアセルロースの効率的な生産には、その生産が、増殖に連動か非連動かによらず、高濃度の菌体を生産することが有利と考えられるので、グリセロールと併せて培地に微量の炭素源や窒素源を添加して、これらの炭素源・窒素源の添加が、菌体の増殖とバクテリアセルロースの生産性に与える影響を検証する。なお、細菌が生産したバクテリアセルロースの物理的・機械的特性を測定するために強度試験を実施するとともに、構造を走査電子顕微鏡（SEM）と核磁気共鳴装置（NMR）により分析する。さらに、基質の種類と濃度以外にも、温度、pH、酸素供給、攪拌、培養時間、微生物の接種量がバクテリアセルロースの生産量ならびに物理的・機械的特性に影響を与えると考えられるので、これらの培養条件を変化させることで培養特性を検討して培養条件を最適化し、バクテリアセルロースの生産量と機械的強度をさらに高めることを試みる。