組換えシアノバクテリアによるCO2を資源とする高効率なバイオエチレン創製

• 研究課題/領域番号: 17K08174
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 環境農学(含ランドスケープ科学)
• 研究機関: 名城大学
• 研究代表者: 神藤 定生 名城大学, 理工学部, 助教 (90583865)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2019年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円); 2018年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2017年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
• キーワード: エチレン / シアノバクテリア / 酵素複合体 / Synechococcus / コヘシン / ドックリン / ACC合成酵素 / ACC酸化酵素 / バイオテクノロジー / 微生物 / 二酸化炭素排出削減 / 生物・生体工学 / 地球温暖化ガス排出削減

研究成果の概要

本研究は、光合成細菌の光合成産物をバイオエチレンとして効率よく回収する研究である。キメラ骨格タンパク質Cip4を構築し、これを保持する組換え体をSOC4株とした。バイオエチレン生産量を既存のSOC2株と比較した結果、SOC4株は2.4倍高い活性を示した。菌体再利用によるバイオエチレン連続生産プロセスは、12時間のエチレン生成と24時間の回復培養のサイクルであり、かつ、その上限は7サイクルであることを明らかにした。タンパク質高生産タグをACOへ付加させることで、バイオエチレン生産活性をSOC2株の2.4倍高めた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

シアノバクテリアにエチレン合成に関わる二つの酵素を局在化させることで効率的なエチレン創製が可能となった。この技術を起点として、律速酵素の生産性をあげる技術、培養条件の最適化等を駆使して、経済的な生産効率の確保に関する知見を得られた。将来的な目標効率値の達成により、化石資源原料のエチレンをCO2原料によるエチレン＝バイオエチレンとすることができ、炭素循環社会に貢献するものである。また、微生物からエチレンが創製出来るということは、他の基礎化学製品（プロピレン、ブタジエン）にも拡大できることを想定出来ることから、本技術をプラットフォームとした開発が期待できる。

研究成果

• [国際共同研究] テルアビブ大学/ワイツマン研究所(イスラエル)
• [国際共同研究] テルアビブ大学/ワイツマン研究所(イスラエル)
• [雑誌論文] Biochemical Characterization of CYP505D6, a Self-Sufficient Cytochrome P450 from the White-Rot Fungus Phanerochaete chrysosporium (2018)
  • 著者名/発表者名: Sakai Kiyota、Matsuzaki Fumiko、Wise Lisa、Sakai Yu、Jindou Sadanari、Ichinose Hirofumi、Takaya Naoki、Kato Masashi、Wariishi Hiroyuki、Shimizu Motoyuki
  • 雑誌名: Applied and Environmental Microbiology 巻: 84 号: 22
  • DOI: 10.1128/aem.01091-18
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complexity of the Ruminococcus flavefaciens FD-1 cellulosome reflects an expansion of family-related protein-protein interactions (2017)
  • 著者名/発表者名: Vered Israeli-Ruimy, Pedro Bule, Sadanari Jindou, Bareket Dassa, Sarah Moras, Ilya Borovok, Yoav Barak, Michal Slutzki, Yuval Hamberg, Vânia Cardoso, Victor D. Alves, Shabir Najmudin, Bryan A. White, Harry J. Flint, Harry J. Gilbert, Raphael Lamed, Carlos M. G. A. Fontes & Edward A. Bayer
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 42355-42355
  • DOI: 10.1038/srep42355
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] タンパク質高生産タグを組み込んだエチレン生成シアノバクテリアの改良 (2020)
  • 著者名/発表者名: 神藤 定生、榊原 絢美、森澤 佑太、松井 健史、小池 和好、勝又 聡、細田 晃文、田村 廣人
  • 学会等名: 日本農芸化学会 2020 大会
• [学会発表] 1Fp08 合成生物学的手法によるエチレン生成シアノバクテリアの改良 (2018)
  • 著者名/発表者名: 神藤定生、内山友香、細田晃文、田村廣人
  • 学会等名: 日本生物工学会2018年大会(大阪)
• [学会発表] 2p-148 合成生物学的手法によるエチレン生成シアノバクテリアの改良 (2017)
  • 著者名/発表者名: 神藤定生、 中尾領亜、細田晃文、田村廣人
  • 学会等名: 日本生物工学会2017年大会（東京）
• [学会発表] 合成生物学的手法によるエチレン生成シアノバクテリアの改良 (2017)
  • 著者名/発表者名: 神藤定生、内山友香、細田晃文、田村廣人
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会（名古屋）
• [備考] 遺伝子組換えシアノバクテリアによる二酸化炭素からのエチレン生産
  • URL: http://www-agr.meijo-u.ac.jp/labs/nn020/research05.html
• [備考] 遺伝子組換えシアノバクテリアによる二酸化炭素からのエチレン生成
  • URL: http://www-agr.meijo-u.ac.jp/labs/nn020/research05.html
• [産業財産権] 高機能酵素複合体の高生産技術 (2019)
  • 発明者名: 神藤 定生、松井 健史、小池 和好、勝又 聡
  • 権利者名: 神藤 定生、松井 健史、小池 和好、勝又 聡
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2019-182357
  • 出願年月日: 2019