遺伝子組換え好熱細菌を利用した家畜排泄物からのエタノール生産システムの開発

• 研究課題/領域番号: 13306021
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 畜産学・草地学
• 研究機関: 京都府立大学
• 研究代表者: 小島 洋一 京都府立大学, 農学研究科, 教授 (80046490)
• 研究分担者: 宮崎 孔志 京都府立大学, 農学研究科, 講師 (60254322) ; 牛田 一成 京都府立大学, 農学研究科, 助教授 (50183017)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2003
• 研究課題ステータス: 完了 (2003年度)
• 配分額: 24,570千円 (直接経費: 18,900千円、間接経費: 5,670千円); 2003年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2002年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円); 2001年度: 10,140千円 (直接経費: 7,800千円、間接経費: 2,340千円)
• キーワード: 家畜排泄物 / エタノール / 好熱細菌 / 植物繊維 / 共培養 / 排泄物処理 / セルロース / 悪臭 / オカラ / スリラー / セルラーゼ

研究概要

Clostridium stercorariumからセルラーゼ遺伝子を単離した後、トランスポゾンEZ : TNを用いてThermoanaerobacter ethanolicusへ導入したが、有効な組換え体を得ることはできなかった。次に、相同性組換えを行うためにヒドロゲナーゼ遺伝子の単離を試みた。ヒドロゲナーゼ遺伝子の一部を単離したが、相同性組替えによる組換え体の作出まで至っていない。
遺伝子組換えによる有用細菌の作出は困難を極めたため、環境中から有用微生物を単離することも試みた。その結果、豚糞便からエタノール生成を行う嫌気性好熱細菌003株と004株を単離した。これらは広い基質利用性を示したが、セルロースは分解できなかった。この細菌を用いるには、酸素を除去する必要のあること、嫌気発酵による臭気が発生する、といった問題点がある。そこで、これらの問題を解決するために、酸素を除去し、臭気を低下させるセルロース分解性の好気性好熱細菌の単離に取り組んだ。その結果、有用な好気性細菌A1株とB3株を単離した。しかし、豚糞便からはどの組み合わせでも3-4mMのエタノールしか生成されなかった。おそらく、リグノセルロースの分解によって生じた阻害物質が発酵を抑制したものと考えられた。そこで、豚糞便懸濁液から大きな植物繊維を4重ガーゼで濾して取り除いたものを基質として用いた結果、好気性菌A1株と嫌気性菌003株との共培養は約24mMのエタノールを生成した。本研究の結果、家畜排泄物からエタノールを生成する有効な微生物の単離に成功し、これにより家畜排泄物を利用したエタノール生産システムの実用化が期待される。さらに、効率よくエタノールを生産するには、セルロース分解性のエタノール生成菌の単離が肝要であると考え、現在この研究をさらに発展させているところである。