二酸化炭素微生物固定における低濃度水素利用法の開発
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19K22923
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 64:Environmental conservation measure and related fields
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
柘植 丈治 東京工業大学, 物質理工学院, 准教授 (70332260)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 化学合成独立栄養細菌 / ポリエステル合成 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、二酸化炭素を効率的に資源化することを目指し、高付加価値物質に直接変換することができる生物固定化に着目した。なかでも、高い炭酸固定能、高い増殖速度、そして、その細胞内に80%以上の含有率で生分解性プラスチック（ポリヒドロキシアルカン酸、PHA）を合成する化学合成独立栄養細菌に着目し、低濃度水素を有効に活用することで安全に炭酸固定が可能な手法の開発を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、二酸化炭素の効率的な資源化技術の確立を目指し、生分解性プラスチック素材であるポリヒドロキシアルカン酸（PHA）を化学合成独立栄養細菌Ralstonia eutrophaによって二酸化炭素から独立栄養的に合成することを検討した。その際、供給するガスが漏洩しても爆発しないようにするために、水素を爆発下限界より低い濃度で維持することで、高い安全性を確保しつつ培養を行うことについて検討を行った。
爆発下限界より低い水素濃度でも、R. eutrophaが増殖することを確認し、また、窒素源やリン源を欠乏させた培養条件において、細胞内に最大で70 wt%のPHAを蓄積することを確認した。そのPHAは、ガスクロマトグラフィー（GC）および核磁気共鳴（NMR）分析によりポリ（3-ヒドロキシブタン酸）[P(3HB)]であることを確認した。また、ゲルろ過クロマトグラフィー（GPC）による分子量測定を行い、十分に高い分子量を有していることを確認した。
P(3HB)は、高結晶性であり、硬くて脆い材料物性を示すため、R. eutrophaの改変株を作成し、二酸化炭素からの共重合体の合成を試みた。その結果、3-ヒドロキシバレリン酸（3HV）や3-ヒドロキシ-4-メチルバレリン酸（3H4MV）を少量含むP(3HB-co-3HV-co-3H4MV)共重合体を合成することに成功した。この共重合体をガスクロマトグラフィー質量分析（GC-MS）、NMR、GPC、示差走査熱量分析（DSC）の各分析に供し、P(3HB)よりも低結晶性で、実用性の高いポリマーであることを確認した。
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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
爆発下限界より低い水素濃度でも、独立栄養的にR. eutrophaを増殖させることが可能であることを示した。また、得られたPHAについて、化学構造解析のみならず、分子量解析、熱物性解析までも行うことができ、当初想定していた以上の成果を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
R. eutrophaを培養する際に、水素濃度を低く維持しながらも高い菌体生育速度を得るために、遺伝子組換えにより水素および二酸化炭素利用に関わる酵素の発現を強化することを試みる。また、入手可能な化学合成独立栄養細菌を幾つか準備し、低い水素濃度でも高い増殖速度を示す菌株の探索を行う。安全に配慮しつつ、水素濃度をどこまで高くすることが可能なのかについても検討を行う。
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
