2016 Fiscal Year Annual Research Report
Characterization of the enhanced protocatechuate decarboxylase and bio-based muconic acid production
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26850041
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| Research Institution | Hirosaki University |
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Principal Investigator |
園木 和典 弘前大学, 農学生命科学部, 准教授 (20502264)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | Protocatechuic acid / Decarboxylase / Flavin prenyltransferase / cis,cis-muconic acid / Lignin / Pseudomonas putida |
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| Outline of Annual Research Achievements |
cis,cis-ムコン酸（ccMA）は幅広い用途展開が可能な基幹化学品であるので，植物バイオマスを原料としたccMA生産が検討されてきたが，プロトカテク酸脱炭酸酵素（Pdc）反応がボトルネックであり，その高活性化が求められてきた。本研究ではまずKpdBタンパク質がPdc活性を向上させることを発見し，解析を進めた結果，KpdBがフラビンプレニルトランスフェラーゼであり，プレニル化フラビンモノヌクレオチドがPdcの補酵素として利用されることを明らかにした。またPdc活性の最適pＨは5.5，最適温度は35℃であり，プロトカテク酸以外に3-O-メチルガリック酸，ガリック酸に脱炭酸活性を示すこと，4-ヒドロキシ安息香酸，バニリン酸，シリンガ酸，４-ヒドロキシ桂皮酸，フェルラ酸，シナピン酸に対しては脱炭酸活性を示さないという特徴を明らかにした。そして，Protocatechuate 3,4-dioxygenase, ccMA cycloisomeraseを破壊した株を作成し，Pdc，KpdB，さらにvanillate O-demethylase，4-hydroxybenzoate hydroxylase，catechol 1,2-dioxygenaseを発現させることで，4-ヒドロキシ桂皮酸，フェルラ酸，バニリン酸，4-ヒドロキシ安息香酸から，95%以上の収率でccMAを生産できること，また稲わらをアルカリ加水分解して得られたリグニン由来の芳香族化合物からもccMAを生産できることを明らかにした。本研究によって，植物バイオマスから基幹化学品であるccMAを生産するためのボトルネックとされてきたPdcの活性化に資するメカニズムを明らかにし，また，この機能を利用してリグニン由来の芳香族化合物からccMAを生産できる微生物株の分子育種を達成した。
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