Realization of a novel metallic resource recovery technology by introducing the advanced molecule biotechnology method

Research Project

Project/Area Number	19KK0133
Research Category	Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 31:Nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	簡梅芳東北大学, 環境科学研究科, 助教 (20533186)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	菅原一輝成蹊大学, 理工学部, 助教 (60792405) 久保田健吾東北大学, 工学研究科, 准教授 (80455807) 飯塚淳東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (70451862)
Project Period (FY)	2019-10-07 – 2023-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help	¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000) Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000) Fiscal Year 2021: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000) Fiscal Year 2020: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000) Fiscal Year 2019: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
Keywords	合成生物学 / 生物濃縮 / レアメタル / 微生物工学 / 金属濃縮 / 分子生物工学 / 資源回収
Outline of Research at the Start	現代産業に必要不可欠なレアメタル等の金属資源を廃棄物・排水から効率的かつ経済的に回収する技術の開発に向け、申請者らは生物学的な金属回収に着目し、「合成生物学」というゲノムのデザイン・部分的操作を可能にする進化型分子生物工学手法を取り入れる。本研究は、日本側研究者が把握する金属結合生物資源（遺伝子情報）と海外研究協力者らが有する“部分的に遺伝子操作を可能にする「合成生物学」の技術力”を融合することで、新規金属資源回収技術を確立すること、また環境資源工学分野における両国間の人材育成と新しい共同研究の基盤を形成することを図る。
Outline of Annual Research Achievements	本研究が採択されてすぐ、2019年の11月に代表者の簡は共同研究先の台湾中央研究院生物多様性研究センターおよび中興大学生命科学研究科に訪問し、本研究における実施体制・協力体制を再確認した。また、本研究の核心技術となる合成生物学的手法の取得・技術移転ができるため、東北大学からは代表者の簡および博士課程の学生（留学生）１名が台湾に出向いて技術取得することを予定しており、当初は2020年の４月からおおよそ2-3ヶ月間の派遣を計画していた。共同研究に当たって、生物試料の譲渡には、その都度試料提供契約（MTA)を結ぶことを合意している。また、台湾中央研究院生物多様性研究センターと今後よりスムーズに共同研究を行うために、部局間（当該研究センターと東北大学大学院環境科学研究科）学術交流協定の締結についても話し合い、締結の合意をし、現在は締結に向けた両部局の事務手続きを進んでいる。一方、2020年から新型コロナウィルスが世界的流行になり、台湾では一時的に海外からの入国について強い規制がかけられた。その後台湾においてはコロナウィルスによる感染を抑制でき、出入国の規制をなくしている。それに対し、日本の状況が芳しくなく、特に2020年度は外国人の出国・再入国が厳しく制限され、ほぼできなくなっている。そのため、代表者の簡と担当予定の留学生は2020年度一年間台湾に渡航することができず、また、2020年度に東北大学にて開催を予定していた国際シンポジウムについても、共同研究者が来日できないため、延期せざるを得ない状況である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 4: Progress in research has been delayed. Reason 2019年末から新型コロナウィルスによる感染症が世界的に広がり始めたことにより、最初は台湾側が外国人に入国規制を強化し、そのため2020年度上半期に予定していた、日本から台湾への学生・研究人員の派遣ができなくなった。また、その後日本の外国人に対する入国制限・再入国制限が強化され、台湾側の共同研究者を日本に招聘するシンポジウムの開催も延期せざるを得なかった。 2020年度は上記の理由で、台湾・日本間の人材交流およびこの交流で可能にする合成生物学技術の台湾から日本への技術転移ができなくなり、そのため本研究で計画していた金属吸着微生物の作製が遅れている。2020年に数ヶ月間、実験補佐を雇用して、微生物の組換え実験に投入したが、効率が良いとは言えなかった。台湾側の技術提供を要し、両国の人材交流を訴える本研究の遂行には、人材や生物試料の両国間の行き来なしにはかなり難しいと痛感している。
Strategy for Future Research Activity	新型コロナウィルス感染症による国際的な旅行規制は当面緩和されることが難しい、あるいはそれに付随するコスト（派遣前後の隔離期間とそれに要する費用）が高いと考えられるため、現在日本側においては、昨年度に引き続きレアメタルを吸着できる遺伝子情報の網羅および酵母に導入するための基礎デザイン（融合遺伝子にするため、またはベクターに導入するための遺伝子配列の微調整）を行う。その際に、微生物だけでなく、植物由来の遺伝子も視野に入れて調査する。調査して入手可能な遺伝子は、PCRにより増幅して入手するか、日本の合成遺伝子のサービスを利用して合成して入手する。具体的なターゲットとして、レアメタルのニッケル、コバルトや、ゴールド、プラチナなどの貴金属をターゲットとして調査を行う。入手した遺伝子を、①日本において、既存の構築手法にて取り組む、②台湾中興大学生命科学研究科の協力研究者の黄先生の承諾を得て、日本から遺伝子情報およびデザインについて相談し、台湾にて遺伝子の合成または融合遺伝子の構築を協力する。出来上がった遺伝子構築を、生物試料譲渡契約（MTA)を締結する上、日本に輸送し、日本側にて形質転換およびその後の性能評価を行う、との対応を考える。生物試料や研究人員の交流を必要とするが、試料郵送の規制や人員移動の規制を確認しながら、それに合わせた対応をとる。理想としては今年度中に規制の緩和がされれば、直ちに計画した研究を再開し、遅れた進度を取り戻すことができると考える。