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Recycling of food wastes using bacterial chemotaxis

Research Project

Project/Area Number 21K19167
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 41:Agricultural economics and rural sociology, agricultural engineering, and related fields
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

Hashimoto Wataru  京都大学, 農学研究科, 教授 (30273519)

Project Period (FY) 2021-07-09 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Keywordsアルギン酸 / 細菌 / 資源化 / 食品廃棄物 / 走化性 / 多糖 / ペクチン / X線結晶構造解析 / 細菌走化性 / バイオ燃料
Outline of Research at the Start

2015年に国連サミットで17の持続可能な開発目標(Sustainable Development Goals: SDGs)が設定されている。日本政府もSDGsを達成すべく、具体的な実施指針が示され、その中に「食品廃棄物の削減や活用」が含まれる。本研究課題はこの開発目標を達成するため、細菌の走化性を活用した食品廃棄物(植物細胞表層多糖:アルギン酸とペクチン)からのバイオ燃料生産を目指す。

Outline of Final Research Achievements

Sphingomonas sp. strain A1 cells show alginate/pectin-assimilating ability and chemotaxis towards both plant polysaccharides. In this study, strain A1 cells were found to show chemotaxis towards food wastes such as brown algae producing alginate and mandarin orange peels containing pectin. Strain A1 cell-surface pectin-binding protein crucial for expression of chemotaxis exhibited a bifunctional ability for pectin assimilation as well as chemotaxis, and adopted several conformations with different open/closed ratios of two domains in its molecule. Strain A1 cells showing chemotaxis towards alginate and pectin produced biofuel from the above-described food wastes. This study contributes to formation of sustainable and carbon neutral societies, and achievement of sustainable development goals (SDGs).

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、これまでの低分子物質とは異なり、高分子物質(多糖ペクチン)に対する細菌の走化性発現に関わる新たな分子機構が明らかになった。特に、ペクチン結合タンパク質が基質のサイズに応じて親和性と結合様式を変化させることは、タンパク質の構造機能相関の観点から意義深い。また、アルギン酸とペクチンに対して資化性と走化性を示す細菌を用いて、食品廃棄物からバイオ燃料を生産できることが示されたため、循環型社会や脱炭素社会の形成[持続可能な開発目標(SDGs)の達成]に貢献できる。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2022 2021

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Bacteria with a mouth: Discovery and new insights into cell surface structure and macromolecule transport2022

    • Author(s)
      MURATA Kousaku、KAWAI Shigeyuki、HASHIMOTO Wataru
    • Journal Title

      Proceedings of the Japan Academy, Series B

      Volume: 98 Issue: 10 Pages: 529-552

    • DOI

      10.2183/pjab.98.027

    • ISSN
      0386-2208, 1349-2896
    • Year and Date
      2022-12-09
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Substrate size-dependent conformational changes of bacterial pectin-binding protein crucial for chemotaxis and assimilation2022

    • Author(s)
      Anamizu Kotaro、Takase Ryuichi、Hio Mamoru、Watanabe Daisuke、Mikami Bunzo、Hashimoto Wataru
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 12653-12653

    • DOI

      10.1038/s41598-022-16540-5

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Crystal structures of EfeB and EfeO in a bacterial siderophore-independent iron transport system2022

    • Author(s)
      Nakatsuji Sakiko、Okumura Kenji、Takase Ryuichi、Watanabe Daisuke、Mikami Bunzo、Hashimoto Wataru
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 594 Pages: 124-130

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2022.01.055

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 褐藻類多糖を標的とする海洋微生物叢2022

    • Author(s)
      勝弘 夏子、中田 翔太、渡辺 大輔、髙瀬 隆一、橋本 渉
    • Organizer
      第22回関西グライコサイエンスフォーラム
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 細菌によるブルーカーボン・レアメタル含有褐藻類の高度利用2022

    • Author(s)
      中辻 早希子、日尾 守、髙瀬 隆一、渡辺 大輔、橋本 渉
    • Organizer
      日本農芸化学会2022年度大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 多糖ペクチン結合タンパク質の基質サイズ依存的な構造変化2021

    • Author(s)
      穴水 康太郎、髙瀬 隆一、日尾 守、渡辺 大輔、三上 文三、橋本 渉
    • Organizer
      日本応用糖質科学会第47回近畿支部会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] ペクチンを標的とする細菌の分子機構2021

    • Author(s)
      橋本 渉
    • Organizer
      第15回多糖の未来フォーラム
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 細菌鉄輸送Efe系の金属結合タンパク質EfeOの立体構造2021

    • Author(s)
      中辻 早希子、髙瀬 隆一、橋本 渉
    • Organizer
      第94回日本生化学会大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 海洋酵母と細菌の共生による海藻多糖アルギン酸の利用2021

    • Author(s)
      中田 翔太、髙瀬 隆一、河井 重幸、渡辺 大輔、橋本 渉
    • Organizer
      日本農芸化学会西日本・中四国・関西支部2021年度合同鹿児島大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-07-13   Modified: 2024-01-30  

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