熱に強いポリエチレンテレフタレート（PET）分解酵素をつくる研究

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K05387
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 峯 昇平 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (70415751)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: PET / 耐熱性 / 酵素 / X線結晶構造解析

Outline of Annual Research Achievements

PET（ポリエチレンテレフタレート）を主とするプラスチック廃棄物は、重大な環境問題である。近年、PETを原料にまで分解できる酵素「PETase（ペターゼ）」が発見され、資源リサイクル実現可能な酵素として注目されている。PETを効率的に酵素分解するには、PETが酵素に分解されやすい形状に変化する65℃以上で反応を行う必要がある。しかしながら、PETaseは熱に弱く、35℃以上になると活性を失う。そこで、本研究では、65℃以上で高活性を有する耐熱性PETaseを作製することを目的とする。研究実施計画に従い、PETaseのX線結晶構造解析を行い、得られた立体構造情報から構造安定性に影響する部分を見出し、その部分のアミノ酸を改変した。具体的には、システイン残基置換によるジスルフィド結合の形成、分子内部への疎水性アミノ酸残基の導入、塩基性または酸性アミノ酸残基置換による静電相互作用の形成、さらには分子表面に突き出たループの短鎖化ならびにプロリン残基を導入を行った。その結果、PETaseの熱変性温度を約30℃向上させ、60℃でも安定な耐熱性PETaseを作り出すことに成功した。また、各変異体についてはX線結晶構造解析を行い、全体構造、特に活性部位構造が野生型と一致することを確認している。すなわち、改変したPETaseの基質特異性は野生型と同等であると考えられる。今後は各変異体の活性も調べていく予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

研究計画に記述した通りに実験を行い、PETaseの熱変性温度を向上させることに成功しているため。

Strategy for Future Research Activity

現状、アミノ酸改変したPETaseの熱変性温度は60℃であり、目標とする65℃まであと一歩である。そこで今後は真核細胞による発現系を利用することでPETaseに糖鎖付加を行い、目標温度を達成する予定である。

Causes of Carryover

今年度は概ね順調に研究が進んだため、最小限の使用額で研究を行うことができた。更なる熱安定化を目指し、今後はPETaseに糖鎖付加を行う予定であるが、その場合、外注による発現培養が必要となる。その費用が高額なため、今年度分を来年度に繰り越し、研究遂行していく予定である。