2013 Fiscal Year Research-status Report
リグニン有効利用の鍵となるβ-O-4結合切断酵素の機能解析と応用研究
| Project/Area Number |
25450120
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
|
| Research Institution | Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
秦田 勇二 独立行政法人海洋研究開発機構, 海洋・極限環境生物圏領域, チームリーダー (20399562)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坪内 泰志 独立行政法人海洋研究開発機構, 海洋・極限環境生物圏領域, 技術副主任 (30442990)
西 真郎 独立行政法人海洋研究開発機構, 海洋・極限環境生物圏領域, 技術主事 (50416004)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | リグニン / バイオベースプラスティック / 遺伝子 / 酵素 / 深海 / 微生物 |
|---|
| Research Abstract |
２１世紀初頭は石油など化石資源に依存した社会を、バイオマスなど再生可能資源に依存したシステムに変革する過渡期であり、バイオマスから体系的にエネルギー・化学品を生産する戦略と研究開発が求められる。植物構成成分であるリグニンは地球上のバイオマスとしてはセルロースに次いで２番目に多い。各国でリグニンの有効利用に関する研究が注目され始めているのは、リグニンはその構造から石油を原料とする化学製品の95％を代替するポテンシャルがあると言われており、所謂バイオリファイナリーの原料として大きく期待されているからである。今後各国でリグノセルロースからのバイオエタノール生産規模が拡大した場合、リグニンは発酵残渣としても多量に生成される可能性が高い。多量に排出される木質廃棄物系バイオマス（間伐材、製材廃材、キノコ菌床、茶殻、稲わらなど）の利用促進も、資源の有効利用の観点から極めて重要な課題である。リグニンは数種類の芳香族化合物が主にβ-O-4結合で重合した物質である。β-O-4結合を選択特異的に切断する酵素の発見がリグニン有効利用への大きな鍵と言える。様々な環境由来の微生物を対象にスクリーニングを実施した結果、β-O-4結合を選択的に効率よく切断する微生物を深海に沈降していた枕木より発見することに成功した。さらに平成25年度は同微生物の部分的ゲノム配列解析を行い、その配列情報を基にβ-O-4結合を特異的に切断するための関連酵素2種の遺伝子の取得に成功した。大腸菌を宿主としてこれらの遺伝子の発現を検討した結果、ヒスタグを付与した目的酵素の高生産に成功した。これらの成果に関して国内の学会（日本木材学会および日本農芸化学会）にて報告した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
リグニンは数種類の芳香族化合物が主にβ-O-4結合で重合した物質である。β-O-4結合を選択特異的に切断する酵素の発見がリグニン有効利用への大きな鍵と言える。本研究の主課題であるリグニン内β-O-4結合特異的切断酵素の遺伝子配列解析が順調に進んでおり、さらに大腸菌での同遺伝子の発現にも成功していることなど研究全体として概ね順調に進んでいる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
現在までに取得できている2種の重要酵素の酵素化学的諸性質解析を進めるとともに、本微生物のゲノム解析を引き続き遂行し、取得済み遺伝子の周辺領域を重点的にリグニン内β-O-4結合特異的切断に必須な遺伝子セットの取得を目指す。目的遺伝子群を発見できた際には、これらの遺伝子を大腸菌を宿主として発現して酵素の諸性質の解析を行う。最終的にはリグニン内β-O-4結合特異的切断に関連した酵素群を全て大量生産し、これらの酵素群を用いてインビトロにおいてリグニンより目的物質の抽出検討を行う。
|
| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
培養菌体から目的酵素群の精製を試みると同時に、並行して本微生物のゲノム配列を決定し、配列情報から目的遺伝子群の取得を試みる方針で研究を進めている。本年度は次世代シークエンサーを用いて粗な配列データを得た後、mate-pair解析を行い、さらにギャップ部分をサンガー法により埋め、コンプリートゲノムデータを得るという方針であった。しかしながら幸運にも次世代シークエンサーを用いて得られた部分的データより、目的の酵素遺伝子群を含むクラスター領域を発見することができたので、先ず、このクラスターに含まれる候補遺伝子の遺伝子組換え発現ならびに酵素性質解析を優先することとした。結果、本クラスター領域にはリグニン代謝関連遺伝子の一部が含まれていることが判明し、さらに今後他の重要遺伝子を取得するためにmate-pair解析などの配列解析を平成26年度に引き続き行うことになったため平成26年度に使用することとした。
次年度使用額分は本微生物のゲノム配列解析を引き続き行うための費用として使用する。平成26年度において、平成25年度のゲノム配列解析に続いてmate-pairシークエンス解析を行いコンティグ数を可能な限り減らす。さらにサンガー法でギャップ部分を埋め、コンプリートゲノムデータを得る。得られた配列情報をもとにしてリグニン内β-O-4結合特異的切断に必須な遺伝子セットの取得を目指す。
|
Research Products
(2 results)
