難分解性プラスチックの高速分解を志向したナノ空間精密配置酵素の創製

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K05160
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 松浦 俊一 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (80443224)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三村 直樹 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (50358115) ; 佐藤 修 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 主任研究員 (20357148)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 難分解性プラスチック / ポリエチレンテレフタレート分解酵素 / ナノ空間材料 / 固定化酵素 / バイオリサイクル法

Outline of Annual Research Achievements

ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）に代表される難分解性プラスチックのリサイクル技術の進展は急務である。本研究では、ＰＥＴ分解酵素の集積反応場の創出を目的としており、ナノ空間材料（メソポーラスシリカ）の規則性細孔への酵素の精密配置による「飛躍的な反応速度の向上」と、疎水的なシリカ細孔表面とＰＥＴとの近接作用による「接触頻度の向上」を実現することによって、高効率かつ低環境負荷型の難分解性プラスチック分解システムを開発する。
これまでにメソポーラスシリカの規則性細孔が酵素の安定性向上場として好適であることを見出しているが、反応性の向上に向けたシリカ細孔表面での酵素の配向制御が課題であった。この課題を克服する方法として、シリカ結合タンパク質（Ｓｉ－ｔａｇ）を２種類のＰＥＴ分解酵素に個別に融合し、Ｓｉ－ｔａｇをシリカ細孔表面と酵素の間の接着分子として利用することによって酵素の配向制御を試みる。
当年度は、前年に作製した各種のナノ空間材料（メソポーラスシリカ［細孔径：５、２４ｎｍ］及びメソポーラスアルミナ［細孔径：６ｎｍ］）および非多孔質シリカ材料に吸着・固定化したＳｉ－ｔａｇ融合ＰＥＴ分解酵素（ＰＥＴａｓｅ）のエステラーゼ活性を評価した。反応基質には酢酸ｐ－ニトロフェニルを用い、当該酵素による加水分解産物であるｐ－ニトロフェニルの生成における初期反応速度を解析した結果、メソポーラスアルミナ ＜ 未固定の遊離酵素 ＜ 非多孔質シリカ ＜ メソポーラスシリカ（細孔径：２４ｎｍ） ＜ メソポーラスシリカ（細孔径：５ｎｍ）の順に酵素の反応速度が増大した。特にメソポーラスシリカ（細孔径：５ｎｍ）に固定化したＰＥＴａｓｅの反応速度が大幅に向上することを確認した（未固定の遊離酵素の2～3倍の速度）。