水素細菌によるバイオマスを原料としたバイオプラスチック生合成の経路解明と効率化

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微生物がバイオマスから生産する生分解性ポリエステル『ポリヒドロキシアルカン酸(PHA)』の中でも、ポリ(3-ヒドロキシブタン酸-co-3-ヒドロキシヘキサン酸)[P(3HB-co-3HHx)]に着目した。本研究では、安価なバイオマスである糖質や大豆油を原料に、ポリプロピレン同等の物性を示す3HHx分率7-15mol%のP(3HB-co-3HHx)を効率的に生合成する組換え水素細菌の育種を目的とした。[成果]大豆油から効率的に3HB, 3HHxモノマーを供給するために、β-酸化経由のモノマー供給経路の解明を試みた。3-ケトアシル-CoAリダクターゼおよびエノイル-CoAヒドラターゼ遺伝子パラログ破壊株のPHA生合成能の評価から、3HB-CoAはリダクターゼにより、3HHx-CoAはリダクターゼ・ヒドラターゼの双方により供給されると推定した。そこで、推定経路のフラックスを強化する遺伝子操作を行った。また、3HHx-CoAの供給を増強するためにクロトニル-CoAリダクターゼ遺伝子を染色体へ挿入した。その結果、3HHx分率7.0-10.5mol%のP(3HB-co-3HHx)を3.9-5.0g/lで生合成する組換え株を得た。また、糖質からの3HB-CoAモノマーの供給について、水素細菌におけるアシル基転移酵素ホモログの破壊、アセチル-CoAカルボキシラーゼの導入を検討した結果、3HB-CoAはPhaAおよびPhaB1により供給されることが示唆された。[意義]モノマー供給経路の推定により、更なる効果的な遺伝子改変を行うことができる。また、作製した組換え水素細菌は、従来株の1.8-2.5倍の効率で高物性のP(3HB-co-3HHx)を生合成できるため、生分解性ポリエステルがプラスチック市場へ参入する可能性を大きく広げた点で、社会的意義は大きいと考えている。