Environmental pollutant degradation system using dye-decolorizing peroxidase

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K05700
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 37010:Bio-related chemistry
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: Uchida Takeshi 北海道大学, 理学研究院, 准教授 (30343742)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 環境浄化 / 色素分解 / 酵素 / ヘム / 過酸化水素 / 大腸菌

Outline of Final Research Achievements

DyP (Dye-decolorizing peroxidase) is a type of protein called peroxidase, and is a heme-containing enzyme that uses hydrogen peroxide to decompose anthraquinone dyes. Since the low optimum pH of 4 was a hurdle for practical application, we introduced amino acid substitutions to DyP based on the analysis of the three-dimensional structure and reaction mechanism, and converted it to degrade dyes at neutral pH. When the dye is degraded in cultured Escherichia coli, it was expressed without heme, the active center of DyP. Then, cytochrome c, to which heme is covalently bound to the protein, was successfully converted to a dye-degrading enzyme. The above-mentioned results have enabled us to build an environmental remediation system using microorganisms by forcing the microorganisms to express DyP.

Free Research Field

生体分子化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

DyP (Dye-decolorizing peroxidase) はペルオキシダーゼというタンパク質の一種で、過酸化水素を利用し、アントラキノン系の色素を分解するヘム酵素であることから、環境浄化酵素としての利用が期待された。至適pHが4と低いことが実用化へのハードルとなっていたことから、立体構造と反応機構解析をもとにアミノ酸置換を導入し、中性pHで色素を分解できるように変換し、試験管内では中性で色素分解を可能にした。培養した大腸菌で色素を分解する場合、DyPでは活性中心であるヘムを含まず発現するので、ヘムがタンパク質に共有結合で結合しているシトクロムcを色素分解酵素に変換することに成功した。