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

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24380089
• 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
• キーワード: 結晶性多糖 / セルロース / キチン / プロセッシビティ

研究実績の概要

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（β－グリカナーゼ）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。そこで本研究では、高速原子間力顕微鏡を用いて固液界面におけるβ－グリカナーゼの挙動を定性的・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する。
平成26年度も、平成24年度および平成25年度に引き続きセルラーゼおよびキチナーゼの観察を行った。キチン分解性細菌のSerratia marcescens由来キチナーゼAおよびBの観察を行い、結晶性キチン表面での移動速度やプロセッシビティを測定した。その成果がNature Communications誌に公表された。また、昨年度の成果で、バクテリア由来の糖質加水分解酵素ファミリー6に属するセロビオヒドロラーゼをいくつか獲得していることから、それらが結晶性セルロースをどのように分解するのかを生化学的に解析をした。さらに、高速原子間力顕微鏡を用いてこれらバクテリア由来の酵素が結晶性セルロース表面でどのような動きをするのかを明らかにし、さらに逐次的な加水分解（プロセッシビティ）に関しても定量化した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

26年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

26年度が最終年度であるため、記入しない。

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: Nakamura, A., Watanabe, H., Ishida, T., Uchihashi, T., Wada, M., Ando, T., Igarashi, K., and Samejima, M.
  • 雑誌名: J. Amer. Chem. Soc. 巻: 136 ページ: 4584-4592
  • DOI: 10.1021/ja4119994
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Single-molecule imaging analysis of elementary reaction steps of Trichoderma reesei cellobiohydrolase I (Cel7A) hydrolyzing crystalline cellulose Iα and III(I) (2014)
  • 著者名/発表者名: Shibafuji, Y., Nakamura, A., Uchihashi, T., Sugimoto, N., Fukuda, S., Watanabe, H., Samejima, M., Ando, A., Noji, H., Koivula, A., Igarashi, K., and Iino, R.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 289 ページ: 14056-14065
  • DOI: 10.1074/jbc.M113.546085
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [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 ページ: 3975
  • DOI: 10.1038/ncomms4975
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [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 – 2014-07-25
  • 招待講演
• [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