バイオリアクターを用いたリグニン高収率変換法と新しい機能性材料の製造

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11556030
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 片山 義博 東京農工大学, 大学院・生物システム応用科学研究科, 助教授 (10214339)
• 研究分担者: 西川 誠司 (株)コスモ石油, 中央研究所, グループ長 ; 重原 淳孝 東京農工大学, 工学部, 教授 (60170867)
• キーワード: バイオマス資源 / リグニン / 微生物変換 / 遺伝子工学 / 遺伝子組換えバイオリアクター / 2-ピロン4, 6-ジカルボン酸 / 酸クロリド / ポリアミド系高分子

研究概要

本研究は、バイオマス資源として大量に生産されるリグニンを出発原料として、また製紙工程で生成する廃液中のリグニンを出発原料として、既存の化学処理法で前処理して調整した低分子リグニン混合物を基に、低分子リグニンをことごとく分解資化する微生物SphingomonapaucimobilisSYK-6の酵素触媒の機能を遺伝子工学的に利用したバイオリアクターを用いて化学分解前処理リグニンから2-ピロン4, 6-ジカルボン酸(PDC)への高収率変換を実現すること、また得られたPDCを出発原料とした高機能性高分子材料やファインケミカルスを製造する新しいリグニンの高度利用技術の確立に取り組むものである。
平成11年度は、低分子リグニンをことごとく分解資化する微生物SphingomonapaucimobilisSYK-6の遺伝子断片を持つ組換プラスミドpVD4を導入した、Pseudomonas putida 1100を用いてブロトカテク酸およびp-ヒドロキシ安息香酸から高収率でPDCを生産することに成功し、1リッター規模のバッチ法によるリアクターで高収率生産を実現した。平成12年度は、PDV4-Pseudomonas putida 1100のシステムではバニリン酸、シリンガ酸からのPDC産は出来ない事から、新たにpVAO1プラスミド(バニリン酸・完全分解プラスミド)から新たなプラスミドを作製してバニリン酸からの高収率PDC産に取り組み、、Pseudomonas putida野生株が持つバニリン酸脱メチル酵素遺伝子vanA, Bの取得と安定な高発現に成功した。新たに構築した遺伝子組み換え微生物を用いてバニリン酸、シリンガ酸からのPDC高生産を達成した。最終年度である平成13年度は、高生産されたPDCを出発物質として高分子材料合成に取り組みPDCを骨格構造とするポリアミド型高分子材料の製造に成功した。

研究成果

• [文献書誌] 西川 誠司, 重原 淳孝, 片山 義博: "新視なポリアミドの開発-リグニン中の芳香族化合物を生分解性ナイロンへ-"化学と工業. 52. 988-991 (1999)
• [文献書誌] Masai E., Katayama Y., Nishikawa S., Fukuda M.: "Characterization of Sphingomonapaucimobilis SYK-6 genes involved in degradation of lignin-related compound"Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology. 23. 364-373 (1999)
• [文献書誌] Hara F., Masai E., Katayama Y., Fukuda M.: "The 4-OxalomesaconateHydrase Gene, Involved in the Protocatechuate 4, 5-Cleavage Pathway, is Essential to vanillate and Syringate Degradatiorin Sphingomonas paucimobilisSYK-6"Journal of Bacteriology. 24. 6950-6957 (2000)
• [文献書誌] Masai E., Momose K., Hara H., Nishikawa S., Katayama Y., Fukuda M.: "Geneticand Biochemical Characterization of the 4-Carboxy-2-Hydroxymuconate-6-Semialdehyde Dehydrogenasandlts Role in the Protocatechuate, 5-Cleavage Pathway in Sphingomonas paucimobilisSYK-6"Journal of Bacteriology. 23. 6651-6658 (2002)
• [文献書誌] Sonoki K., Ohtsuka Y., Ikeda S., Masai E., Kajita K., Katayama Y: "Tetrahydrofolate Dependen Vanillate O Demethylationightly links to One-Carbon Metabolic Pathway associated with Amino Acid Synthesis and DNA Methlation in Lignin Metabolism of SphingomonapaucimobilisSYK-6"Journal of Wood Science. (印刷中). (2002)
• [文献書誌] Sonoki K., Ohtsuka Y., Ikeda S., Masai E., Kajita K., Katayama, Y: "Close Association between the Enzymeslnvolved in the Ligin Metabolic Pathway of SphingomonapaucimobilisSYK-6"Journal of Wood Science. (印刷中). (2002)