2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of fundamental technologies for rare metal recovery by exploring metal responsible bioresource
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19H02654
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
簡 梅芳 東北大学, 環境科学研究科, 助教 (20533186)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井上 千弘 東北大学, 環境科学研究科, 教授 (30271878)
久保田 健吾 東北大学, 工学研究科, 准教授 (80455807)
菅原 一輝 成蹊大学, 理工学部, 助教 (60792405)
飯塚 淳 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (70451862)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 生物機能 / モリブデン / 金属回収 / 水銀 / ヒ素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、金属応答性生物資源の発掘、生物工学的手法を駆使した高集積度・高特異性の金属吸着酵母の創出および金属濃縮・回収バイオシステムの開発を目的として行っている。生物資源の発掘について、今年度は微生物および植物由来の金属応答遺伝子の探索を開始した。まずは環境試料から、金属に耐性を示す微生物を集積培養し、得られたコンソーシアムから金属応答性を持つ微生物やその生物機能の特定を行なった。その結果、水銀とヒ素の両方に耐性を持つ微生物のBacillus megaterium MB24株は、ゲノムにおいて水銀解毒遺伝子群とヒ素解毒遺伝子群を併せ持ち、しかも両者ともトランスポソンという水平伝播可能なカセットにあり、さらに、ヒ素解毒遺伝子群は水銀解毒遺伝子群の間に挿入されていると、かなり特殊な構造を有していることがわかった。また、集積培養の過程から、有機汚染物の1,4-dioxaneを有効に分解するコンソーシアムを獲得し、その分解を担っている微生物のVariovorax sp. TS13は新規の1,4-dioxane分解菌であったことを明らかにした。上記の成果を、それぞれ英文の国際誌に論文として掲載が決定された。植物について、ヒ素に高い蓄積能を示すシダ植物のPteris vittataに対して、ヒ素添加の有無による遺伝子発現のトランスクリプトム解析を行い、ヒ素の結合や輸送に寄与する遺伝子の特定を狙っている。現在はトランスクリプトム解析で得られたデータをさらに統計解析やシステム生物学的解析を進んでいる。また、金属吸着酵母の創出について、今年度は大腸菌から取得したモリブデンの結合遺伝子を、融合遺伝子として酵母に導入・細胞表面に発現させた上、固定化によるモリブデン吸着効率の向上を試みている。固定化による吸着量の上昇が認められたが、固定化条件の最適化および材料の再検討が課題としてあげられる。上記の結果を現在英文論文として執筆している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
レアメタル回収技術の確立を目指した金属応答性生物資源の開発を行なったところ、当初予定していたレアメタルのモリブデンに結合する遺伝子を入手し、モリブデンの吸着酵母の構築およびその後吸着効率の検討を予定通り進められてきた。
一方、レアメタルではないものの、微生物からは水銀とヒ素（また非金属の有機汚染物である1,4-dioxane)の応答機能、植物からはヒ素に結合・輸送する遺伝子の特定まで展開できている。生物資源はいかに未開発であって、探索の手法によっては、今まで知られていない様々な資源を探し出す可能性を秘めていることを再確認できた。
本研究が用いた生物資源開発の手法は有効であることを確認できた上、当初のターゲット以外の対象にも有効性を示していることにより、計画以上に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
生物遺伝資源の発掘について、現在進行中の植物のトランスクリプトム解析を生かし、ヒ素の結合・輸送遺伝子の特定まで行う。また、この手法の有効性が証明できたら、他の植物や生物種にも適用することを考える。
レアメタルの回収について、現在はモリブデンの結合遺伝子のみ構築を完成したが、今後はニッケルとコバルトの結合遺伝子の入手と吸着酵母の構築を進める。その入手方法については、これまでの微生物・植物による応答性を検討するほか、データベースを基としたバイオインフォマティックの手法の導入を試みる。
バイオシステムの確立については、吸着酵母による吸着能の安定性および効率の向上を図り、遺伝子導入する方法を新たに検討する。また、作製した金属濃縮酵母を用いた金属回収材料の設計について、金属濃縮酵母を固定する材料をさらに検討する。
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