未利用バイオマスの完全酵素糖化を目指したβーグリカナーゼ新規アッセイ法の開発

• 研究課題/領域番号: 24380089
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 木質科学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 五十嵐 圭日子 東京大学, 農学生命科学研究科, 准教授 (80345181)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円); 2014年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2013年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円); 2012年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
• キーワード: バイオマス / βーグリカナーゼ / セルラーゼ / キチナーゼ / 結晶性多糖 / セルロース / キチン / プロセッシビティ / 糖化 / グリカナーゼ

研究成果の概要

セルロースやキチンは未利用バイオマスの主成分であり、食料と競合しない次世代の炭素源として有効利用が望まれている。これらは、β－グリコシド結合を有する不溶性多糖であることを共通の特徴として有していることから、いかにβ－グリコシド加水分解酵素を固液界面で効率良く働かせるかが、未利用バイオマスを高効率に変換するための鍵であると言える。
本研究では、固液界面における糸状菌由来のセルラーゼの挙動、細菌由来のセルラーゼおよびキチナーゼなどのβ－グリカナーゼの挙動を高速原子間力顕微鏡を用いて定性的・定量的に評価し、未利用バイオマスの糖化という次世代の生化学的プロセスを高効率化するためのストラテジーを構築した。

研究成果

• [雑誌論文] Trade-off between Processivity and Hydrolytic Velocity of Cellobiohydrolases at the Surface of Crystalline Cellulose (2014)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakamura, Watanabe, H., Ishida, T., Uchihashi, T., Wada, M., Ando, T., Igarashi, K. and Samejima, M.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 136 号: 12 ページ: 4584-4592
  • DOI: 10.1021/ja4119994
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single-molecule Imaging Analysis of Elementary Reaction Steps of Trichoderma reesei Cellobiohydrolase I (Cel7A) Hydrolyzing Crystalline Cellulose Iα and IIII (2014)
  • 著者名/発表者名: Y.Shibafuji, A.Nakamura, T.Uchihashi, N.Sugimoto, S.Fukuda, H.Watanabe, M.Samejima, T.Ando, H.Noji, A.Koivula, K.Igarashi, R.Iino
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 289 (29) 号: 20 ページ: 1405614065-1405614065
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.546085
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two-way traffic of glycoside hydrolase family 18 processive chitinases on crystalline chitin (2014)
  • 著者名/発表者名: Igarashi, K., Uchihashi, T., Uchiyama, T., Sugimoto, H., Wada, M., Suzuki, K., Sakuda, S., Ando, T., Watanabe, T., and Samejima, M.
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 5 号: 1 ページ: 3975-3975
  • DOI: 10.1038/ncomms4975
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-speed atomic force microscope combined with single-molecule fluorescence microscope. (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Fukuda, T. Uchihashi, R. Iino, Y. Okazaki, M. Yoshida, K. Igarashi, T. Ando
  • 雑誌名: Rev. Sci. Instrum. 巻: 84 号: 7 ページ: 73706-73706
  • DOI: 10.1063/1.4813280
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Tryptophan Residue at the Active Site Tunnel Entrance of Trichoderma reesei Cellobiohydrolase Ce17A Is Important for Initiation of Degradation of Crystalline Cellulose (2013)
  • 著者名/発表者名: Akihiko Nakamura, Tsukada, T., Auer, S., Furuta, T., Wada, M., Koivula, A., Igarashi, K. and Samejima M.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 288 号: 19 ページ: 13503-13510
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.452623
  • 査読あり
• [雑誌論文] Degradation of Crystalline Celluloses by <I>Phanerochaete chrysosporium </I>Cellobiohydrolase II (Cel6A) Heterologously Expressed in Methylotrophic Yeast <I>Pichia pastoris</I> (2012)
  • 著者名/発表者名: Igarashi, K., Maruyama, M., Nakamura, A., Ishida, T., Wada, M., and Samejima, M.
  • 雑誌名: Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｇｌｙｃｏｓｃｉｅｎｃｅ 巻: 59 号: 3 ページ: 105-110
  • DOI: 10.5458/jag.jag.JAG-2011_029
  • NAID: 130004481005
  • ISSN: 1344-7882, 1880-7291
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adsorption characteristics of fungal family 1 cellulose-binding domain from Trichoderma reesei cellobiohydrolase I on crystalline cellulose: Negative cooperative adsorption via a steric exclusion effect (2012)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto, N., Igarashi, K., Wada, M., and Samejima, M.
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 28 号: 40 ページ: 14323-14329
  • DOI: 10.1021/la302352k
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization of cellobiohydrolase I from Trichoderma reesei moving on crystalline cellulose using high-speed atomic force microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Kiyohiko Igarashi
  • 雑誌名: Methods in Enzymology 巻: 510 ページ: 169-182
  • DOI: 10.1016/b978-0-12-415931-0.00009-4
  • 査読あり
• [学会発表] セルロース資化性放線菌Cellulomonas fimi由来のセルラーゼの性状解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 内山拓、中村彰彦、五十嵐圭日子、鮫島正浩、金子哲、内橋貴之
  • 学会等名: 2015年度農芸化学会大会
  • 発表場所: 岡山大学津島キャンパス 岡山
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [学会発表] Processivity in enzymatic degradation of crystalline polysaccharides: cellulases and chitinases (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiyohiko Igarashi
  • 学会等名: Mie Bioforum 2014
  • 発表場所: Nemuno Sato Hotel & Resort 三重
  • 年月日: 2014-11-18 – 2014-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] セルロース系バイオマスを分解する酵素の構造機能相関 (2014)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐圭日子
  • 学会等名: 学術振興会第169委員会 第45回研究会
  • 発表場所: ゆうぽうと 東京
  • 年月日: 2014-07-25
  • 招待講演
• [学会発表] 糖質加水分解酵素ファミリー６セルラーゼのプロセッシビティを中心とした機能解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 内山拓、中村彰彦、五十嵐圭日子、鮫島正浩、金子哲、内橋貴之
  • 学会等名: 日本農芸化学会2014年度大会
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Cellulases: cooperative biomass breakdown (2014)
  • 著者名/発表者名: Kiyohiko Igarashi
  • 学会等名: JST-ALCA international workshop for plant cell wall engineering
  • 発表場所: Tokyo
  • 招待講演
• [学会発表] 結晶性セルロースとキチンを分解する酵素 : プロセッシブな加水分解の分子機構とドメイン構造における戦略 (2013)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐圭日子
  • 学会等名: 日本農芸化学会2013年度大会
  • 発表場所: 東北大学(招待講演)
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] 微生物におけるセルロースとキチンの酵素分解戦略：結晶性構造多糖を利用するためのヒント (2013)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐圭日子
  • 学会等名: 第7回多糖の未来フォーラム
  • 発表場所: 大阪
  • 招待講演
• [学会発表] プロセッシブグリコシダーゼはどうやって結晶性多糖の上を走るのか？ (2013)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐圭日子
  • 学会等名: 第3回分子モーター討論会
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [図書] 植物細胞壁 (2013)
  • 著者名/発表者名: 五十嵐圭日子
  • 総ページ数: 349
  • 出版者: 講談社
• [備考] やはりカメはウサギに勝る
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/the-tortoise-beats-the-hare-again/
• [備考] 分解酵素にとって結晶性キチンは双方向の高速道路だった
  • URL: http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2014/20140605-1.html
• [備考] 高速で逆送する酵素がキチンを分解
  • URL: http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/2014/06/20140609_03.html
• [備考] 糸状菌由来セルラーゼがセルロース分子鎖の末端を認識する機構の解明
  • URL: http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2013/20130510-2.html
• [備考] 結晶性セルロースの分解は、切断の「速さ」ではなく基質を掴み続ける「ねばり強さ」が重要である
  • URL: http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2014/20140313-4.html
• [備考] やはりカメはウサギに勝る
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/the-tortoise-beats-the-hare-again/