環境調和型の高性能バイオプラスチックを合成する水素細菌の分子育種

高性能バイオプラスチックを合成する水素細菌の分子育種を行うことが本研究の目的である。水素細菌Cupriavidus necatorは糖や脂質のみならずCO2を炭素源として増殖することができるため、CO2から生分解性の高性能バイオプラスチックを生合成することは地球環境汚染を防ぐのみならず、地球温暖化防止にも貢献する。C. necatorはポリヒドロキシアルカン酸（PHA）のポリ-3-ヒドロキシブタン酸 [P(3HB)] を合成する。P(3HB)は不透明かつ硬くて脆い高分子材料であるため、実用的ではない。そこで、透明性と柔軟性を付与するため、乳酸（LA）と3HBユニットの共重合体P(LA-co-3HB)の生合成を行った。野生株のH16株の短鎖長特異的PHA重合酵素遺伝子phbC破壊株やphbCをD-乳酸（D-LA）ユニットをポリマー鎖に取り込むことができるPseudomonas sp. 61-3由来のPHA重合酵素改変体遺伝子phaC1(STQK)で置換した株を宿主に用いて、D-乳酸脱水素酵素（LdhD）、プロピオニルCoA転移酵素（Pct）、そして、PhaC1(STQK)の遺伝子を導入した組換え株を作製した。組換え株をフルクトースやグルコン酸を炭素源として培養した結果、P(LA-co-3HB)を合成した。しかし、LA分率は5 mol%以下であり、透明性を有するためにはLA分率を20から30 mol%まで高める必要がある。そこで、グルコースを資化できるNCIMB 11599株を用いて、3HB-CoA供給量を低下させた遺伝子破壊株を作製した。この株を宿主にして組換え株を作製したところ、グルコースを炭素源として25 mol%のLA分率からなるP(LA-co-3HB)を20 wt%合成した。

高性能バイオプラスチックを合成する水素細菌の分子育種を行うことが本研究の目的である。水素細菌Cupriavidus necatorは糖や脂質のみならずCO2を炭素源として増殖することができるため、CO2から生分解性の高性能バイオプラスチックを生合成することは地球環境汚染を防ぐのみならず、地球温暖化防止にも貢献する。C. necatorはポリヒドロキシアルカン酸（PHA）のポリ-3-ヒドロキシブタン酸 [P(3HB)] を合成する。P(3HB)は不透明かつ硬くて脆い高分子材料であるため、実用的ではない。そこで、透明性と柔軟性を付与するため、乳酸（LA）と3HBユニットの共重合体P(LA-co-3HB)の生合成を行った。野生株のH16株の短鎖長特異的PHA重合酵素遺伝子phbC破壊株やphbCをD-乳酸（D-LA）ユニットをポリマー鎖に取り込むことができるPseudomonas sp. 61-3由来のPHA重合酵素改変体遺伝子phaC1(STQK)で置換した株を宿主に用いて、D-乳酸脱水素酵素（LdhD）、プロピオニルCoA転移酵素（Pct）、そして、PhaC1(STQK)の遺伝子を導入した組換え株を作製した。組換え株をフルクトースやグルコン酸を炭素源として培養した結果、P(LA-co-3HB)を合成した。しかし、LA分率は5 mol%以下であり、透明性を有するためにはLA分率を20から30 mol%まで高める必要がある。そこで、グルコースを資化できるNCIMB 11599株を用いて、3HB-CoA供給量を低下させた遺伝子破壊株を作製した。この株を宿主にして組換え株を作製したところ、グルコースを炭素源として25 mol%のLA分率からなるP(LA-co-3HB)を20 wt%合成した。