生物工学的手法によるバイオポリマーの精密構造制御と化学修飾による機能化

PHAは、微生物によって再生可能資源から作られるバイオポリマーである。これまでに、様々な構造・物性のPHAが作り出されてきているが、PHAに更なる機能性を付与するためには、新しい構造を有するモノマーユニットを導入する必要がある。本研究では、微生物を用いてまず反応点(官能性置換基)を導入し、その反応点を利用してモノマー構造を変化させ機能性PHAを合成する。研究としては、ベースとなる反応点を有するPHAの微生物合成とクリック反応によるPHAへの化学修飾・機能化と解析の2つに大きく分けることがきる。田島、佐藤康治に関してはPHAの微生物合成を、佐藤敏文、堺井については化学修飾・機能化およびその解析を担当する。平成21年度は、以下のことを行った。(1) ポロヒドロキシアルカン酸(PHA)の微生物合成:PHA合成を欠失させた微生物(Ralstonia entropha PHB-4、Pseudomonas GPp104)にBacillus由来のPHA合成酵素遺伝子を導入した。ファーメンターを用い、基質をウンデシレン酸にすることによって側鎖に二重結合を有する短鎖長(scl-)PHAの合成に成功した。PHA中における二重結合の導入率は約5mol%程度であった。(2) 側鎖に二重結合を有する中鎖長(mcl-)PHAに、クリック反応によってメルカプトプロピオン酸を導入した。NMR、FT-IR、GPC等の解析の結果から、ほぼ定量的に二重結合にメルカプトプロピオン酸が導入されていることが確認された。また、カルボキシル基の導入によって、ポリマーの溶解性が変化した。これらの結果から二重結合を有するPHAに対する分子団の導入においてクリック反応が有効であることが確認できた。

PHAは、微生物によって再生可能資源から作られるバイオポリマーである。これまでに、様々な構造・物性のPHAが作り出されてきているが、PHAに更なる機能性を付与するためには、新しい構造を有するモノマーユニットを導入する必要がある。本研究では、微生物を用いてまず反応点(官能性置換基)を導入し、その反応点を利用してモノマー構造を変化させ機能性PHAを合成する。研究としては、ベースとなる反応点を有するPHAの微生物合成とクリック反応によるPHAへの化学修飾・機能化と解析の2つに大きく分けることがきる。田島、佐藤康治に関してはPHAの微生物合成を、佐藤敏文、堺井については化学修飾・機能化およびその解析を担当する。平成21年度は、以下のことを行った。(1) ポロヒドロキシアルカン酸(PHA)の微生物合成:PHA合成を欠失させた微生物(Ralstonia entropha PHB-4、Pseudomonas GPp104)にBacillus由来のPHA合成酵素遺伝子を導入した。ファーメンターを用い、基質をウンデシレン酸にすることによって側鎖に二重結合を有する短鎖長(scl-)PHAの合成に成功した。PHA中における二重結合の導入率は約5mol%程度であった。(2) 側鎖に二重結合を有する中鎖長(mcl-)PHAに、クリック反応によってメルカプトプロピオン酸を導入した。NMR、FT-IR、GPC等の解析の結果から、ほぼ定量的に二重結合にメルカプトプロピオン酸が導入されていることが確認された。また、カルボキシル基の導入によって、ポリマーの溶解性が変化した。これらの結果から二重結合を有するPHAに対する分子団の導入においてクリック反応が有効であることが確認できた。