ギ酸デヒドロゲナーゼを用いた新規人工炭酸固定系

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K07717
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 伊原 正喜 信州大学, 学術研究院農学系, 助教 (50391868)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 二酸化炭素資源化 / ギ酸デヒドロゲナーゼ / ギ酸資化菌

研究実績の概要

本プロジェクトでは、新しい二酸化炭素資源化技術の構築が最終目標である。このプロジェクトは、太陽電池や風力発電、人工光合成などの新エネルギー獲得技術の急速な発展を受け、それらから生み出された電気エネルギーや水素エネルギーを利用して、強力な二酸化炭素固定系を有する非光合成バクテリアによって、二酸化炭素から有用物質を合成するシステムに必要な要素技術の確立を目指す。平成29年度には、①ギ酸を資化する微生物の創出と、②土壌サンプルからギ酸資化能の高い株の単離を目指した実験を実施した。
①については、ギ酸資化に必要な還元力供給を担うギ酸デヒドロゲナーゼの改良実験を行った。具体的には、これまでにランダム変異導入とスクリーニングによって得られたギ酸デヒドロゲナーゼ変異体（５つのアミノ酸変異）について、分子動力学計算を用いて導入されたそれぞれのアミノ酸変異を評価した。その結果、安定性に不利と推測される変異を特定でき、それらを修復した変異体を作製した。それら変異体について、活性や大腸菌内発現性などを評価した結果、安定性を向上させることに成功した。
②については、好気性ギ酸資化菌（大気中でギ酸を唯一の炭素源として生育する微生物）、好気性水素細菌（好気的に水素存在下で二酸化炭素を固定化する微生物）、嫌気性ギ酸資化菌（窒素雰囲気でギ酸を唯一の炭素源として生育する微生物）、嫌気性水素細菌（窒素と水素、二酸化炭素雰囲気下で生育する微生物）の単離を試みた。現在までに、それぞれのいくつかの株を単離できており、遺伝子解析や従来の株との比較を行っている。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初、代謝工学的手法による大腸菌の改良を予定していたが、ギ酸資化に関する知識の欠如などを考慮して、天然のギ酸資化菌を宿主とするべきと判断し、要となるギ酸デヒドロゲナーゼの改良と土壌サンプルからギ酸資化能の高い株の単離を目指している。その結果、それぞれについて、上記の通り、成果を挙げる事ができたため、おおむね順調に進展していると判断できる。

今後の研究の推進方策

引き続き、ギ酸デヒドロゲナーゼの改良と、ギ酸資化菌や二酸化炭素固定菌の単離を進める。単離されたギ酸資化菌や二酸化炭素固定菌については、ギ酸資化関連遺伝子の同定や、遺伝子導入技術の開発を進め、将来的には改良したギ酸デヒドロゲナーゼの導入のほか、様々な有用物質合成系を導入する予定である。