微生物による廃棄ゴムからプラスチックへの直接変換

微生物直接将废旧橡胶转化为塑料

• 批准号: 20J15659
• 负责人: 儀武 菜美子
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J15659/
• 关键词: 天然ゴム; ポリヒドロキシ酪酸; バイオプラスチック; ポリイソプレン分解酵素; PHB生産菌; PHB

天然ゴム分解菌Rhizobacter gummiphilus NS21株は、細胞外でポリイソプレンをイソプレンオリゴマーへと低分子化して細胞内に取り込むことで代謝する。天然ゴム培養時のNS21株細胞を電子顕微鏡で観察した結果、細胞内にバイオプラスチックの一種であるポリヒドロキシアルカン酸を蓄積していることが判明した。そこで本株を利用することにより、天然ゴムを原料としたバイオプラスチック生産技術を構築することが可能であると考えた。NS21株が生産するポリヒドロキシアルカン酸をガスクロマトグラフィーで分析した結果、ポリヒドロキシ酪酸 (PHB)であることが明らかとなった。またNS21株のゲノム中にポリヒドロキシ酪酸 (PHB)合成遺伝子群 (phaCAB)の存在を確認している。NS21株のPHB生産系の効率化を目指して、培養条件の検討と本株の遺伝子改変を行なった。先行研究では、細胞の増殖に必要な窒素源量が不足すると、PHAの前駆体であるアセチルCoAがPHA合成経路へと分配されPHA合成が促進されることが示されている。そこで、NS21株培養時の窒素源を10%にした。その結果、NS21株においても、PHBの蓄積量が約4倍に向上することが明らかとなった。このことから、本株においても窒素減の制限によりアセチルCoAがPHB合成に利用されやすくなったと考えられる。本株のゲノム解析により2つのPHB分解酵素遺伝子ホモログを同定している。そこで、PHB生産性の向上を目指して、相同組換え法によって両遺伝子ホモログの二重破壊株を作製した。得られた二重破壊株を天然ゴムで培養した際のPHB蓄積量を調べた結果、野生株の場合と比較して生産量が約5倍に向上することが示された。得られた破壊株ではPHB分解能が欠失したことで、細胞内で生産したPHBが分解されずPHB蓄積量が増大したと考えられる。

天然胶降解细菌根瘤菌NS21菌株通过将聚异丙烯转化为细胞外的异戊二烯寡聚物并将其掺入细胞中，从而代谢了聚异丙。在电子显微镜下自然橡皮培养期间NS21应变细胞的观察表明，一种生物塑料的多羟基烷基酸在细胞内积累。因此，我们认为，通过使用这种菌株，可以建立由天然橡胶作为原材料制成的生物塑料生产技术。通过气相色谱法分析了由NS21菌株产生的多羟基烷酸，并发现它是多羟基丁酸（PHB）。在菌株NS21的基因组中也证实了多羟基丁酸（PHB）合成基因（PHACAB）的存在。为了提高NS21菌株的PHB生产系统的效率，研究了该菌株的遗传修饰。先前的研究表明，细胞增殖所需的氮源不足，乙酰-COA（PHA的前体）分布在PHA合成途径中，从而促进PHA合成。因此，将NS21菌株培养期间的氮源设置为10％。结果，发现NS21菌株中PHB的积累增加了大约四倍。这表明在这种菌株中，由于氮还原的限制，乙酰基COA更有可能用于PHB合成。通过对该菌株的基因组分析，已经鉴定出了两种PHB降解酶同源物。因此，为了提高PHB的生产率，通过同源重组制备了两个基因同源物的双重菌株。当使用天然橡胶培养获得的双重破坏性应变时，PHB的积累量表明，生产量比野生菌株高约五倍。据认为，PHB分辨率在所得的破坏菌株中被删除，并且细胞中产生的PHB不会降解，并且PHB积累增加。

项目成果

Characterization of the genes responsible for rubber degradation in Actinoplanes sp. strain OR16

• DOI: 10.1007/s00253-020-10700-1
• 发表时间: 2020-07-18
• 期刊: APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
• 影响因子: 5
• 作者: Gibu, Namiko;Arata, Tomoka;Kasai, Daisuke
• 通讯作者: Kasai, Daisuke

Identification and transcriptional analysis of poly(cis-1,4-isoprene) degradation gene in Rhodococcus sp. strain RDE2

• DOI: 10.1016/j.jbiosc.2022.01.013
• 发表时间: 2022-04-08
• 期刊: JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING
• 影响因子: 2.8
• 作者: Gibu, Namiko;Linh, Dao Viet;Kasai, Daisuke
• 通讯作者: Kasai, Daisuke