2013 Fiscal Year Research-status Report
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25420838
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山下 光雄 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40220347)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | レアメタル / セレン / 生物気化 / メカニズム |
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| Research Abstract |
近年の先端科学産業では多様なレアメタルが利用されており、産業のビタミン剤と呼ばれるほど、製品等製造において、必須の金属材料となっている。一方、レアメタルはその名の示す通り、地殻中の存在量が比較的少なく、ほとんどの元素がベースメタルの鉱石に微量に含まれた状態で存在していることから、採掘や精錬、分離精製が技術的に困難であり、資源としての枯渇が懸念されている。さらに、ほとんどのレアメタルは特定の国に偏在しており、資源の自国内への囲い込みの動きも出てきている。世界でも有数の各種レアメタル消費大国である我が国において、その安定供給に向けた対策が必要とされている。本研究では、すでに金属気化機能（バイオボラタリゼーション）を有する微生物を対象に、レアメタルを気化するメカニズムを培養工学的観点と、遺伝子工学的観点から検討し、最終的には実用的なレアメタル回収システムの開発を行う。
本研究期間内では、レアメタルの1種であるセレンの気化能に関与する遺伝子の特定や、気化セレンの生合成に関する重要な因子の同定や最適化条件の決定を試みる。これら一連の研究を通じて、排水や廃棄物からのレアメタルのリサイクルを可能とし、他のメタルに応用するとともに、先端的手法の一つの指針となることを目指すものである。
先行研究のセレン酸・亜セレン酸の還元最適化をモデル系と考え、Pseudomonas stutzeri NT-I株による元素態セレンからメチル化セレンに還元する最適化条件を求める。そして、メチル化セレン合成に関与する因子の特定を行う。またセレン気化に関与する遺伝子の取得と機能解析を行う。以上のことをとりまとめ、回収向上のための一助とする。
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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
培養工学によるメチル化セレン（気化セレン）還元最適化の検討を以下のように行った。本研究のセレン酸還元細菌NT-I株はセレン酸、亜セレン酸を還元して元素態セレンを生成し、その元素態セレンを還元してメチル化セレンを生成するが、市販のセレンをほとんど還元できなかった。そこで、メチル化セレンの合成を検討するために基質である微生物由来の元素態セレンの精錬を試みた。微生物由来の元素態セレンを水とエタノール洗浄を行った後、低温で乾燥した非晶質の元素態セレン（赤色バイオセレン）と中温で乾燥した結晶質の元素態セレン（黒色バイオセレン）を精錬した。これらを基質にしてメチル化セレンの合成能を調べたところ、赤色バイオセレンでは28.0μmol/L・h、黒色バイオセレンでは9.6μmol/L・hの気化セレン最大速度を得た。NT-Iのよる赤色バイオセレンを基質とした時の気化セレン合成速度は既存の報告の中で最速であった。
遺伝子工学によるメチル化セレン関与遺伝子の探索を以下のように行った。NT-I株における宿主ベクター系が確立できていないので、エレクトロポレーション法での形質転換の確立を試みた。パルス電圧等を可変しても有効な形質転換体を得ることができなかった。次にトランスポゾンを接合伝達後、ランダムにNT-I株のゲノムDNAに挿入させ、セレン気化能変異株の取得を試みた。平板選択培地上での気化能変異株の区別が難しく、目標とする気化能変異株の取得には至らなかった。そこでゲノム情報からメチル基転移に関係する４種類の遺伝子を候補遺伝子と考え、プライマ―の構築とPCRによるDNAの増幅に成功した。セレンメチル化能の無い大腸菌を形質転換し、赤色バイオセレンを添加することによってメチル化能を分析した。その結果、１種類の組換え大腸菌はジメチルジセレニドを検出した。以上のことから、セレンの還元に関与する遺伝子が取得できたと思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
培養工学によるメチル化セレン（気化セレン）還元最適化の検討においては基質である
赤色バイオセレンを簡単に精錬することができたので、pH、温度、塩濃度、通気量、攪拌速度などの条件を変化させてセレン気化合成能に与える影響を評価する。また気化能を向上・阻害する因子の特定を行い、回収ユニットの構築を目指す。
遺伝子工学によるメチル化セレン（気化セレン）関与遺伝子の探索は還元に関与する候補遺伝子が取得できたので、組換え酵素の合成・特徴解析など詳細な解明を行う。NT-I株でのセレン還元メカニズムを調べるために、宿主ベクター系の構築を試みる。最終的には、セレン回収の向上を目指す。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
元素態セレンからメチル化セレンの最適化条件を検討するために必要な基質である微生物由来の元素態セレンの精錬方法を確立することを試みた。培養液の分離後の沈殿固体を、水洗浄とエタノール洗浄を繰り返すことによって非晶質の赤色バイオセレンを非常に簡単で安価に精錬することに成功した。そのために一般化学試薬や分析補助に関する謝金を計上していたが、使用しなくても済んだ。研究成果の発表を予定していた学会が、近くで開催されたことから計上して旅費も使用しなくても済んだ。以上の事から、計上していた申請額を全て使用しなかった。
培養工学によるメチル化セレン（気化セレン）還元最適化の検討においては基質である赤色バイオセレンを簡単に精錬することができたので、還元最適化条件検討や還元能促進阻害因子を特定するための試薬を予定している。また分析補助に関する謝金を計上する。
遺伝子工学によるメチル化セレン（気化セレン）関与遺伝子の探索は還元に関与する候補遺伝子が取得できたので、組換え酵素の合成・特徴解析をするための試薬や新しい形質転換系を構築するための試薬の購入を予定している。得られた成果を学会発表するための旅費を計上する。
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