Development of consolidated bioprocessing of macroalgae biomass to produce bioproducts

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H02011
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 渥美 正太 北海道大学, 国際連携研究教育局, 准教授 (00712275)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高須賀 太一 北海道大学, 農学研究院, 助教 (70748409) ; 堀 千明 北海道大学, 工学研究院, 助教 (50722948)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 褐藻分解 / イソブタノール

Outline of Annual Research Achievements

効率的な糖化に向けた褐藻分解酵素（糖質分解酵素）の分泌と分解産物の化成品への転換を行える大腸菌の作出を行っており、これまで褐藻の主要成分であるラミナリン、アルギン酸、ならびにマニトール単糖に着目し、研究を行った。
遺伝子組換え対象微生物である大腸菌は、マニトールを単一炭素源として生育する事が確認できた。また、ラミナリン分解酵素として糖質分解酵素ファミリーGH55の褐藻中のラミナリン分解能力の解明とアルギン酸分解のための糖質リアーゼファミリーPL18の褐藻中のアルギン酸分解における機能解析を行っている。GH55については、褐藻中の長鎖ラミナリンをほぼ全て可溶性のオリゴ糖や単糖分解する事を確認した。アルギン酸長鎖については、マヌロン酸で構成されるM-blockとグルロン酸で構成されるG-block、及びそれら2種の糖が混合したM/G-blockから構成されるが、いずれの構成糖成分においても、PL18が加水分解する事を確認した。
これらの酵素を用いた後の、褐藻成分分解物の利用については代謝デザインを行っており、イソブタノール以外の有用化成品についても検討中である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

分泌酵素の機能解析については概ね計画通りに進んでおり、選抜したGH55およびPL18酵素を用いることで褐藻の主成分であるラミナリンとアルギン酸の効率的な分解が可能と考える。
褐藻成分の分解産物の大腸菌による利用と化成品への転換については、本研究をより発展したものとするために、イソブタノールに加えそれ以外の化成品生成の探索を試みるための方向転換を行ったため、代謝デザインについては予定よりやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

今後は褐藻分泌酵素の大腸菌への実装と、酵素分泌量や酵素活性の確認、および大腸菌の生育への影響などについて、ラミナリン、アルギン酸及びマニトール単糖条件下で詳細に試験を行い、これらの結果を解析し、実際に褐藻についても条件検討を通し、褐藻の効率的な分解と生育の指摘生育条件を決定する。
大腸菌の代謝デザインについては、イソブタノール生成物以外の化成品についても検討していき、これまでに報告のない（困難な）化成品合成の代謝経路を見出したい。その後、実際に代謝の一経路、または複数の経路をつなぐ候補遺伝子を大腸菌のゲノムにインストールし、実証していく。