非可食バイオマスの前処理・糖化を最適化する新規な系の構築とその実践応用

• 研究課題/領域番号: 11J00185
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 応用分子細胞生物学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 中西 昭仁 京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2011
• 研究課題ステータス: 完了 (2011年度)
• 配分額: 700千円 (直接経費: 700千円); 2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
• キーワード: バイオリファイナリー / セルラーゼ / 酵母細胞表層工学 / エタノール発酵 / セルロース結合領域 / 分子育種

研究概要

EGやCBHは、CBM(セルロース結合領域)と活性中心部位の二つのドメインから構成されており、種々バイオマス中に含まれるセルロースを効率良く前処理・糖化分解するには各々に最適なCBM活性があるセルラーゼの使い分けが必要と考えられる。しかし、種々バイオマスの前処理糖化工程では最適な分解活性を持つセルラーゼの選抜に手間がかかることやセルラーゼの活性部位の変異研究が中心であることなどから、実用的なCBMによる基質認識研究が世界的に低調であり、種々セルロースに対して最適なCBM活性を持つセルラーゼの選抜を目指す本系は今までにない新しい発想となる。種々バイオマスに応じた最適化CBMを持つセルラーゼ提示酵母を選抜後、これを実践レベルで非可食バイオマスに用いることを本研究の目的とした。
適切な前処理後、実バイオマスとして「新聞紙」、「稲わら」を用いて本系が選抜系として機能するかを調査した。糖化発酵の活性は酵母によるエタノール発酵を見ることで測定した。選抜の結果、「新聞紙」「稲わら」ともに特徴的な配列のCBM提示酵母群を獲得した。これら選抜されてきた酵母群を各々バイオマスセルロースの次の糖化発酵に用いたところ、ワイルドタイプのCBM提示酵母よりも、特に反応初期段階における糖化発酵効率がおよそ1.5倍向上していることがわかった。EGのCBMが、各々のバイオマスに対して結晶性セルロースのアモルファス化に有用な組み合わせで選抜されてきた可能性が強く示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Direct fermentation of newspaper after laccase-treatment using yeast codisplaying endoglucanase, cellobiohydrolase, and β-glucosidase (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi A, Kuroda K, Ueda M
  • 雑誌名: Renewable Energy 巻: 44 ページ: 199-205
  • DOI: 10.1016/j.renene.2012.01.078
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of pretreatment of hydrothermally processed rice straw with laccase-displaying yeast on ethanol fermentation (2012)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi A, Bae J, Fukai K, Tokumoto N, Kuroda K, Ogawa J, Nakatani M, Shimizu S, Ueda M
  • 雑誌名: Appl.Microbiol.Biotechnol. 巻: (in press) 号: 4 ページ: 939-948
  • DOI: 10.1007/s00253-012-3876-8
  • 査読あり
• [学会発表] Construction of the selection system of the optimal carbohydrate binding module (CBM) for each biomass (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi A, Kuroda K, Ueda M
  • 学会等名: The American Society For Microbiology
  • 発表場所: 米国・ニューオーリンズ
• [図書] バイオマス分解酵素の最前線-セルラーゼ・ヘミセルラーゼを中心として- (2012)
  • 著者名/発表者名: 中西昭仁, Bae Jungu、黒田浩一、植田充美
  • 総ページ数: 311
  • 出版者: シーエムシー出版