希土類金属の高効率分離を目的とした細胞表層設計に基づいた新規吸着剤の開発

• Project/Area Number: 14J03735
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Properties in chemical engineering process/Transfer operation/Unit operation
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 細樅 侑貴穂 九州大学, 工学府, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 大腸菌 / 希土類金属 / 吸着 / バイオソープション / 細胞表層 / 化学修飾

Outline of Annual Research Achievements

前年度までに、大腸菌細胞膜上の官能基へジグリコールアミド酸配位子（DGA）を化学修飾することで、大腸菌の希土類金属への選択性およびその吸着容量を向上させることができた 。しかし、この方法は、大腸菌細胞にとって刺激が強く、細胞を変性させるため、最終的に得られる吸着剤の量が少量となる問題が生じるとともに、得られた吸着剤の繰り返し利用には課題が残った。
そこで、本年度は、細胞への刺激を低減するために、新たな修飾法を提案し、バイオ吸着剤の改良を試みた。すなわち、予めDGAを修飾した高分子を合成し、高分子と細胞膜間の静電相互作用および、DGAが有するカルボキシル基と細胞表層のアミノ基間のアミド結合の形成により、細胞の表層修飾を行った。得られた吸着剤を用いて、希土類金属と一般金属との分離性能を評価した。その結果、未修飾の大腸菌と比べて、pH 2～3における希土類金属の吸着率が著しく増加する一方、一般金属の吸着率はほとんど変化しない現象が観察された。得られた吸着剤の分離性能を評価するために、金属イオンの吸着率が50%となる半値pHを求め、対象金属間でのその差を算出した。高分子修飾大腸菌を用いた場合の希土類金属と一般金属間での半値pHの差は、未修飾ならびに先述の化学修飾大腸菌と比べて増大した。高分子を用いて大腸菌を修飾することで、希土類金属の分離がより効率的に行える吸着剤が得られることが示唆された。Nd3+、Dy3+およびLu3+の飽和吸着量をLangmuirの吸着等温式により算出し、未修飾大腸菌の値と比較した結果、それぞれ、1.8、2.4および2.0倍大きいことがわかった。最後に、得られた吸着剤を用いて、希土類金属の脱着実験を行った。その結果、吸着した金属は酸により容易に脱着可能であり、吸着・脱着実験を3回繰り返しても希土類金属に対する性能に変化はないことが確認できた。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Diglycolic amic acid-modified E. coli as a biosorbent for the recovery of rare earth elements (2016)
  • Author(s): Y. Hosomomi, R. Wakabayashi, F. Kubota, N. Kamiya, M. Goto
  • Journal Title: Biochem. Eng. J Volume: 113 Pages: 102-106
  • DOI: 10.1016/j.bej.2016.06.005
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Biocatalytic Formation of Gold Nanoparticles Decorated with Functional Proteins inside Recombinant <i>Escherichia coli</i> Cells (2016)
  • Author(s): Y. Hosomomi, T. Niide, R. Wakabayashi, M. Goto, N. Kamiya
  • Journal Title: Analytical Sciences Volume: 32 Issue: 3 Pages: 295-300
  • DOI: 10.2116/analsci.32.295
  • NAID: 130005131633
  • ISSN: 0910-6340, 1348-2246
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 大腸菌を利用した希土類金属の回収 (2017)
  • Author(s): 細樅侑貴穂、久保田富生子、神谷典穂、後藤雅宏
  • Organizer: 化学工学会年会第82回年会
  • Place of Presentation: 芝浦工業大学豊洲キャンパス（東京都江東区）
  • Year and Date: 2017-03-06
• [Presentation] The design of the cell surface of E. coli to recovery metal ions (2016)
  • Author(s): Y. Hosomomi, F. Kubota, R. Wakabayashi, N. Kamiya, M. Goto
  • Organizer: 25th Int. Symp. Chem. Eng.
  • Place of Presentation: フェニックス・シーガイア・リゾート（宮崎県宮崎市）
  • Year and Date: 2016-12-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 金属イオン回収に向けた大腸菌の表層設計法の開発 (2016)
  • Author(s): 細樅侑貴穂、久保田富生子、若林里衣、神谷典穂、後藤雅宏
  • Organizer: 化学工学会第48回秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学常三島キャンパス（徳島県徳島市）
  • Year and Date: 2016-09-06
• [Presentation] Modification of E. coli for the development of a biosorbent of rare earth elements (2016)
  • Author(s): Y. Hosomomi, F. Kubota, N. Kamiya, M. Goto
  • Organizer: Rare Earths 2016 in Sapporo
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2016-06-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Chemical modification of E. Coli and its application to the biosorption of metal ions (2015)
  • Author(s): Y. Hosomomi, F. Kubota, R. Wakabayashi, N. Kamiya, M. Goto
  • Organizer: The 27th International Symposium on Chemical Engineering
  • Place of Presentation: Ramada Plaza Jeju, Korea
  • Year and Date: 2015-12-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Modification of E-coli cell surface for preparing a metal ion adsorbent (2015)
  • Author(s): Y. Hosomomi, F. Kubota, R. Wakabayashi, N. Kamiya, M. Goto
  • Organizer: 2015 Taiwan/Korea/Japan Joint Meeting on Chemical Engineering.
  • Place of Presentation: southern Taiwan, Kaohsiung
  • Year and Date: 2015-11-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 金属イオン吸着分離のための大腸菌表層の修飾 (2015)
  • Author(s): 細樅侑貴穂, 若林里衣, 久保田富生子, 神谷典穂, 後藤雅宏
  • Organizer: 第31回日本イオン交換研究発表会
  • Place of Presentation: 金沢工業大学扇が丘キャンパス
  • Year and Date: 2015-10-23
• [Presentation] Biosorption of rare earth elements by chemically modified E. coli (2015)
  • Author(s): Y. Hosomomi, F. Kubota, N. Kamiya, M. Goto
  • Organizer: The 21st Symposium of Young Asian Biochemical Engineer’s Community East Asia: Rejuvenating Biotechnology
  • Place of Presentation: Elysian Gangchon Resort, Korea
  • Year and Date: 2015-10-14
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 大腸菌を用いた機能性タンパク質修飾金ナノ粒子の新規調製法の開発 (2015)
  • Author(s): 細樅侑貴穂
  • Organizer: 化学工学会九州支部学生賞審査会
  • Place of Presentation: 北九州国際会議場
  • Year and Date: 2015-06-27
• [Presentation] 大腸菌内での金ナノ粒子の合成とその表面修飾による高機能化 (2015)
  • Author(s): 細樅侑貴穂、二井手哲平、久保田富生子、後藤雅宏、神谷典穂
  • Organizer: 化学工学会 第80年会
  • Place of Presentation: 芝浦工業大学豊洲キャンパス
  • Year and Date: 2015-03-19 – 2015-03-21
• [Presentation] Enzyme-catalyzed formation of gold nanoparticle by Escherichia coli (2014)
  • Author(s): Y. Hosomomi, T. Niide, R. Wakabayashi, F. Kubota, M. Goto, N. Kamiya
  • Organizer: The 27th International Symposium on Chemical Engineering
  • Place of Presentation: Putra World Trade Center (Malaysia)
  • Year and Date: 2014-12-06
• [Presentation] Sorption properties of rare earth elements on chemically modified E. coli (2014)
  • Author(s): Y. Hosomomi, R. Wakabayashi, F. Kubota, N. Kamiya, M. Goto
  • Organizer: 6th International Conference of Ion Exchange
  • Place of Presentation: Okinawa Convention Center (Japan)
  • Year and Date: 2014-11-09 – 2014-11-12
• [Presentation] 遺伝子工学的手法を用いた大腸菌表面設計による希土類金属の新規バイオ吸着剤の開発 (2014)
  • Author(s): 細樅侑貴穂、久保田富生子、神谷典穂、後藤雅宏
  • Organizer: 化学工学会第46回秋季大会
  • Place of Presentation: 九州大学
  • Year and Date: 2014-09-17 – 2014-09-19
• [Presentation] バイオマテリアルを用いた金属イオンの固定化 (2014)
  • Author(s): 細樅侑貴穂, 久保田富生子, 神谷典穂, 後藤雅宏
  • Organizer: 第25回 九州地区若手ケミカルエンジニアリング討論会
  • Place of Presentation: ANAホリデイ・インリゾート宮崎
  • Year and Date: 2014-07-25 – 2014-07-26