2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of bio-degradative composite resin containing alpha-1,3-glucan and enzyme for its recycling
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19K05803
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
若山 守 立命館大学, 生命科学部, 教授 (70240455)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
日び 隆雄 福井県立大学, 生物資源学部, 教授 (00285181)
武田 陽一 立命館大学, 生命科学部, 准教授 (20423973)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | α-1,3-グルカン / α-1,3-グルカナーゼ / 生分解性樹脂 / X-線結晶構造解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、α-1,3-グルカンを他の生分解性ポリマーと組合わせることで新規の機能を有する生分解性複合樹脂の開発を行うとともに、開発した樹脂の再資源化を環境にやさしく効率よくおこなうための酵素α-1,3-グルカナーゼの高機能化をセットで行うこと目的としている。プラスティック製品不使用の流れが加速するなか、再資源化しやすい代替生分解性樹脂の開発が注目されるようになり、新たな素材としてα-1,3-グルカンも漸く機能性樹脂の素材として注目され始めるようになったが、その報告例はまだ僅かである。その分解に関わるα-1,3-グルカナーゼの構造と機能に関するアプローチは皆無であり、基質認識や触媒反応メカニズムに関する研究報告はない。研究代表者らのグループは、すでに、Streptococcus mutans由来のグルコシル基転移酵素(GTF-1)遺伝子を大腸菌Rosetta-gami B (DE3)にクローニングすることにより、調製した組換えGTF-1を用いてα-1,3-グルカンを酵素合成する方法を確立している。しかしながら、本研究課題の目的の１つである生分解性複合樹脂を大量調製するには、組換えGTF-1の生産性を向上させる必要があった。本年度は、GTF-1遺伝子を操作することにより、組換えGTF-1を生産性を向上させることに成功した。その結果、α-1,3-グルカンの収率も最高で40倍に高めることが可能となり、生分解性複合樹脂の合成検討に進むことが可能となった。一方、調製した生分解性複合樹脂の再資源化を可能とするα-1,3-グルカナーゼに関して、新規α-1,3-グルカナーゼを見出し、諸性質を明らかにするとともに、大腸菌における高発現系の構築を行った。また、α-1,3-グルカナーゼとしては初めてとなるX－線結晶構造解析を行い、２種類のα-1,3-グルカナーゼの触媒ユニットの立体構造を明らかにした。
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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
生分解性複合樹脂の骨格となるα-1,3-グルカンの大量調製および分子量測定の検討段階で想定外でかなり手間取った結果、他の生分解性樹脂との複合化の検討までは進めなかった点においては、幾分かはビハインドの状況にある。しかし、一方で、生分解性樹脂の再資源化の鍵を握る酵素の構造解析の方は順調に進めることができた。２種類のα-1,3-グルカナーゼの触媒ユニットの立体構造を世界に先駆けて解明した。以上の結果から、概ね当初計画に沿って研究を進めることができていると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度に検討し残した生分解性複合樹脂の調製を早期に検討し、その続きとして令和2年度に予定している生分解性複合樹脂の物性・機能性評価を粛々とおこなっていく。同時に、調製した生分解性複合樹脂の再資源化に向けて、低分子糖への効率的酵素分解法の検討をおこなう。また、ナノレベルで樹脂と酵素の相互作用を解析することにより、酵素による樹脂分解効率の向上を目指した酵素の高機能化を目指す。
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| Causes of Carryover |
ほぼ予定通り執行したが、4,700円ほど未執行となった。この程度の金額なので、翌年度分の執行予定分と合わせて執行する。
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Research Products
(7 results)
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[Journal Article] Crystal structure of the catalytic unit of GH87-type α-1,3-glucanase Agl-KA from Bacillus circulans2019
Author(s)
S. Yano, W. Suyotha, N. Oruro, T. Matsui, S. Shiga, T. Itoh, T. Hibi, Y. Tanaka, M. Wakayama, K. Makabe
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 9
Pages: 15259
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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