Elucidation of in situ lignin biodegradation using bacterial sensor

使用细菌传感器阐明原位木质素生物降解

基本信息

批准号：
21K05872
负责人：
上村直史
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Nagaoka University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

リグニンは自然界で「真菌等による高分子構造の解体」と「生成した芳香族化合物の細菌による代謝」を経て無機化される。一方、環境中ではリグニンの解体で生成する芳香族化合物が速やかに分解されるため、化学分析ではほとんど検出されない。このため、環境中ではどのような化合物がリグニンの解体で生成し細菌により代謝されているのかは明らかでない。本研究では、申請者が開発した様々な低分子芳香族化合物の代謝を検出できるセンサー細菌を利用し、自然環境におけるリグニン由来化合物の存在と、真菌による木材腐朽時に実際に細菌がリグニン解体物を代謝するかどうかの解明を目的とした。これまでに作出してきた、様々なリグニン由来化合物を代謝できるSphingobium sp. SYK-6株を宿主としたフェルラ酸のセンサーが、蛍光顕微鏡で評価可能かどうか調査した。センサー細菌を包埋させた寒天培地に1μM～1000μMのフェルラ酸を染み込ませたろ紙を静置した結果、10μM以上の濃度で顕著なフェルラ酸応答によるGFP蛍光が観察された。本手法を応用し、白色腐朽菌により分解された木粉に対して、本センサーが応答するかどうか検討した。白色腐朽菌のCeriporiopsis subvermispora、Phanerochaete chrysosporium、Trametes versicolorがそれぞれ接種された広葉樹のコナラの木粉を30日間培養することで腐朽させ、各腐朽木粉の懸濁液を染み込ませたろ紙をセンサー細菌包埋培地に静置し、蛍光顕微鏡で観察した。その結果、P. chrysosporiumの木粉試験液において、顕著なGFPに由来する蛍光が観察されたことから、P. chrysosporiumによるリグニンの分解で生成した芳香族化合物をSYK-6株が代謝したことが強く示唆された。

木质素在自然界中通过“真菌等分解聚合物结构”和“细菌代谢产生的芳香化合物”而矿化。另一方面，在环境中，木质素分解产生的芳香族化合物分解迅速，因此化学分析很难检测到它们。因此，目前尚不清楚木质素分解在环境中产生哪些化合物并被细菌代谢。在这项研究中，我们将使用申请人开发的传感器细菌，可以检测各种低分子量芳香族化合物的代谢，以确定自然环境中是否存在木质素衍生化合物，以及细菌在以下情况下实际上降解木质素的事实：木材因真菌而腐烂，目的是查明它是否被代谢。我们研究了迄今为止使用Sphingobium sp.作为宿主创建的阿魏酸传感器是否可以使用荧光显微镜进行评估，该菌株可以代谢各种木质素衍生化合物。当将浸有1μM至1000μM阿魏酸的滤纸放置在埋有传感器细菌的琼脂培养基上时，在10μM或更高的浓度下观察到由于阿魏酸显着响应而产生的GFP荧光。应用这种方法，我们研究了该传感器是否会对白腐真菌分解的木粉做出响应。将接种了白腐菌Ceriporiopsis subvermispora、Phanerochaete chrysosporium和Trametes versicolor的阔叶树栎木粉培养30天使其腐烂，并使用浸有每种腐烂木粉悬浮液的滤纸来腐烂。将传感器细菌放入包埋介质中并使用荧光显微镜进行观察。结果，在黄孢假单胞菌的木粉测试溶液中观察到显着的源自GFP的荧光，这表明SYK-6菌株强烈地代谢了黄孢假单胞菌分解木质素产生的芳香族化合物。