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白色腐朽菌―細菌複合微生物系構築による木材腐朽機構の完全解明

研究課題

研究課題/領域番号 21H04740
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分40:森林圏科学、水圏応用科学およびその関連分野
研究機関宮崎大学

研究代表者

亀井 一郎  宮崎大学, 農学部, 教授 (90526526)

研究分担者 堤 祐司  九州大学, 農学研究院, 教授 (30236921)
上村 直史  長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (50646528)
研究期間 (年度) 2021-04-05 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
42,120千円 (直接経費: 32,400千円、間接経費: 9,720千円)
2024年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2023年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2022年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
2021年度: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円)
キーワード白色腐朽菌 / 複合微生物系 / 微生物間相互作用 / リグニン / 木材腐朽 / バイオリファイナリー / 複合微生物 / 共存細菌 / マンガンペルオキシダーゼ / 細菌
研究開始時の研究の概要

本研究では、複合微生物系による木材腐朽機構の完全解明を目指し、その知見を活かした新たな統合木質バイオリファイナリー技術を提案する。①白色腐朽菌の中には、嫌気条件下で木質のセルロースを糖化・発酵する多機能型担子菌が存在する。②植物細胞壁の主要成分を分解可能な白色腐朽菌の成長や分解活性を促進するヘルパー細菌が存在する。③白色腐朽菌と細菌はセルロースの分解においてシナジー効果を発揮し、協調的な物質生産が可能である。等の研究知見を基に木材腐朽における複合微生物の存在意義の解明とその可視化を実現する。さらに、白色腐朽菌と細菌との共培養による新規バイオリファイナリー技術を確立する。

研究実績の概要

本提案研究では、複合微生物による木材腐朽の理解と、その応用による新規バイオリファイナリー技術の創生を目指して以下の2つの項目について研究を進めた。
1.白色腐朽菌Phlebia brevisporaの成長促進細菌であるEnterobacter属細菌の構成的な蛍光化を進めている。2023年度はmGold恒常発現株の作成に成功し、白色腐朽菌P. brevisporaとの共培養を実施した。寒天培地において、蛍光化したEnterobacter属細菌においてもP. brevispora菌糸の成長促進作用は確認されたが、mGoldと同波長と考えられる自家蛍光が菌糸から観察され、細菌の明確な挙動を追跡することが出来なかった。また、液体培地においても菌糸の成長促進とともに、液体中の細菌の消失が確認されたが、P. brevispora菌糸内への細菌の侵入は確認されなかった。細菌の挙動をより明確にするために、波長の異なる蛍光化細菌が必要との結論となった。
2.細菌は白色腐朽菌と協調的にリグニンを資化するかについて、カワラタケと腐朽材中に共存しているバニリン酸資化性細菌の一部は、木材腐朽およびリグニン分解に正の影響を与える。そこで低分子化された木材成分の挙動をGC/MSで追跡し、糖、有機酸、芳香族化合物が検出されたものの、細菌が存在することによりこれら成分が分解されることを指示する明確な定量的傾向は得られなかった。一方で、木粉中における細菌の生存について検討するために、腐朽試験後の木粉培地を蒸留水で抽出し、寒天培地で生じる細菌のコロニーを計測したところ、カワラタケを接種していない木粉に細菌を接種した場合は、細菌のコロニーが一切観察されない一方で、カワラタケとともに培養した木粉培地からは、細菌のコロニーが検出された。すなわち、木材中での細菌の生存には白色腐朽菌の存在が必須であることが明らかとなった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

蛍光化細菌の検出が白色腐朽菌菌糸の自家蛍光により困難であることが明らかとなり、別波長の蛍光化細菌の再構築が必要となった。共培養した腐朽木粉の分析では、リグニン分解物の定量的な分解挙動を追跡することが困難であることが明らかとなったため、腐朽した木材の抽出物を細菌に資化させる新しいアプローチの試験が必要になった。

今後の研究の推進方策

相互作用の可視化を目指して、白色腐朽菌Phlebia brevisporaの成長促進細菌であるEnterobacter属細菌の構成的なGFP蛍光化に取り組む。作成次第、共培養試験を行い、寒天培地および液体培地、木粉培地における細菌の挙動を明らかにする。
カワラタケと共存するバニリン酸資化性細菌との共培養について、木粉培地上ではリグニンの協調的資化を明らかにすることが困難であった。そこで、カワラタケにより腐朽した腐朽木粉からメタノール抽出物を調製し、これを炭素源とした細菌による分解試験を行う。細菌の増殖をモニターし、分解物をGCMSおよびLCで分析することにより、細菌により資化される白色腐朽菌分解物を同定する。その情報を基に、木粉培地でカワラタケと細菌との共培養を行い、共培養区および単独培養区において、先に同定した物質の挙動を追跡する。さらに、2023年度に明らかとなった、カワラタケ菌糸が存在することが、木粉上における細菌の生存に必須であるという新規な知見が得られた。これは、細菌と白色腐朽菌との安定的な共存を人工的に生み出すうえで非常に重要な知見であるため、評価法を至急確立するとともに、特定の細菌にのみ見られる現象か調査する。さらに、どのようなメカニズムで木粉中での細菌の生存を可能にしているかを明らかにするために、複数の仮説を立てて、立証する試験を実施する。

報告書

(4件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 2021 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 3件) 図書 (2件)

  • [雑誌論文] Biodecolorization and biotransformation of methylene blue using mixed cultures of brown-rot fungus <i>Daedalea dickinsii</i> and filamentous fungus <i>Aspergillus oryzae</i>: identification of metabolites and degradation pathway2024

    • 著者名/発表者名
      Purnomo Adi Setyo、Fauzany Umirul Solichah、Rizqi Hamdan Dwi、Alkas Taufiq Rinda、Kamei Ichiro
    • 雑誌名

      RSC Advances

      巻: 14 号: 8 ページ: 5061-5068

    • DOI

      10.1039/d3ra08544a

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of microbial communities during Grifola frondosa (maitake) wood log cultivation2023

    • 著者名/発表者名
      Chen Fu-Chia、Motoda Taichi、Kamei Ichiro、Kijidani Yoshio
    • 雑誌名

      Journal of Wood Science

      巻: 69 号: 1 ページ: 39-39

    • DOI

      10.1186/s10086-023-02111-3

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Butanol production from alkaline pretreated bamboo using co-culture of wood-rotting fungus Phlebia sp. MG-60-P2 and bacterium Clostridium saccharoperbutylacetonicum2023

    • 著者名/発表者名
      Tri Chu Luong、Khuong Le Duy、Kamei Ichiro
    • 雑誌名

      Biomass Conversion and Biorefinery

      巻: - 号: 17 ページ: 20551-20558

    • DOI

      10.1007/s13399-023-04320-8

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Upregulation of MAP kinase <i>HOG1</i> gene of white-rot fungus <i>Phlebia</i> sp. MG-60 inhibits the ethanol fermentation and mycelial growth2023

    • 著者名/発表者名
      Motoda Taichi、Chen Fu-Chia、Tsuyama Taku、Tokumoto Yuji、Kijidani Yoshio、Kamei Ichiro
    • 雑誌名

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      巻: 87 号: 2 ページ: 217-227

    • DOI

      10.1093/bbb/zbac203

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Selective Homologous Expression of Recombinant Manganese Peroxidase Isozyme of Salt-Tolerant White-Rot Fungus Phlebia sp. MG-60, and Its Salt-Tolerance and Thermostability2022

    • 著者名/発表者名
      Kamei, I., Tomitaka, N., Taichi, M., Yamasaki, Y.
    • 雑誌名

      Journal of Microbiology and Biotechnology

      巻: 32 号: 2 ページ: 248-255

    • DOI

      10.4014/jmb.2108.08042

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 木材の糖化と発酵を可能にするきのこの力2022

    • 著者名/発表者名
      亀井一郎
    • 雑誌名

      でん粉と食品

      巻: 47 ページ: 11-15

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] 微生物反応のみでバイオマス変換を完結する2021

    • 著者名/発表者名
      KAMEI Ichiro
    • 雑誌名

      化学と生物

      巻: 59 号: 3 ページ: 137-143

    • DOI

      10.1271/kagakutoseibutsu.59.137

    • NAID

      130008165569

    • ISSN
      0453-073X, 1883-6852
    • 年月日
      2021-03-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 白色腐朽菌 Phlebia sp. MG-60 株における MAP キナーゼ HOG1 の過剰発現はエ タノール発酵と菌糸成長を抑制する2023

    • 著者名/発表者名
      元田多一、陳 富嘉、津山 濯、徳本雄史、亀井一郎、雉子谷佳男
    • 学会等名
      第73回 日本木材学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] リグニンの生分解を解析するためのバクテリアセンサーの開発2023

    • 著者名/発表者名
      上村 直史、白濱 里帆、亀井 一郎、政井 英司
    • 学会等名
      農芸化学会2023年度大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 耐塩性白色腐朽菌 Phlebia sp. MG-60 株におけるリグニン分解酵素生産およびエタノー ル発酵の制御機構に関する研究2022

    • 著者名/発表者名
      元田多一、陳 富嘉、津山 濯、徳本雄史、亀井一郎、雉子谷佳男
    • 学会等名
      第28回日本木材学会九州支部大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 木材腐朽菌を用いた木材の有用物質への変換2022

    • 著者名/発表者名
      亀井一郎
    • 学会等名
      第6回 SPIRITS生物-無機-有機融合化学セミナー
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 白色腐朽菌および細菌共培養系による木質の有価物への変換2022

    • 著者名/発表者名
      亀井一郎
    • 学会等名
      四国紙パルプ研究協議会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] マイタケ栽培原木における共存細菌の探索と解析2021

    • 著者名/発表者名
      陳 富嘉、亀井 一郎
    • 学会等名
      第66回リグニン討論会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 木材の糖化と発酵を可能にするきのこの力2021

    • 著者名/発表者名
      亀井一郎
    • 学会等名
      第46回 日本応用糖質科学会九州支部講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] Fungal Biotechnology Prospects and Avenues2022

    • 著者名/発表者名
      Chu Luong Tri、Le Duy Khuong、Kamei Ichiro
    • 総ページ数
      16
    • 出版者
      CRC Press
    • ISBN
      9781032163857
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [図書] きのこの生物活性と応用展開2021

    • 著者名/発表者名
      河岸洋和
    • 総ページ数
      360
    • 出版者
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781316222
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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