Bioplastic production by hydrogen-oxidizing bacterium under microaerobic condition

微氧条件下氢氧化菌生产生物塑料

基本信息

批准号：
21F20100
负责人：
福居俊昭
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

微生物が産生するポリヒドロキシアルカン酸（PHA）は生分解性バイオプラスチックであり、プラスチックごみによる環境汚染問題の解決策の１つと期待されている。ポリ(3-ヒドロキシブタン酸-co-4-ヒドロキシブタン酸）[P(3HB-co-4HB)]は柔軟性に優れたPHAであり、これまでに4HBやブチロラクトンなどの前駆体の添加なしにP(3HB-co-4HB)を生合成可能な組換え微生物が作製されているが、その生合成経路はTCA回路から分岐して還元力とATPの消費を伴う多段階反応である。本研究ではシンプルな4HBユニット生成経路を実装した生産株の確立を目指した。酸素耐性の高い嫌気性アンモニア酸化アーキア由来の4HB-CoAデヒドラターゼ（4HCD）を用いることで、中央代謝から分離してアセチル-CoAから4HBユニットを生成する経路をPHA生産菌Ralstonia eutrophaのグルコース資化性改変株に導入した。作製した改変株は振とう数を通常の1/2とした微好気条件でP(3HB-co-4HB)共重合体をグルコース単一炭素源から生合成することを見出した。アセチル-CoA代謝の競合経路の遮断などの改変をさらに加えることで、最大8.6 mol%の4HBユニットを含むPHA共重合体を乾燥菌体重量あたり54wt%の高蓄積率でグルコース原料のみから生合成することを達成した。活性酸素種の１つである過酸化水素を分解するカタラーゼを共発現させた株でも、振とう数を通常とした好気条件ではPHAに4HBユニットはほとんど含まれず、カタラーゼ共発現は4HCDの酸素耐性能に影響しないことが考えられた。一連の改変と培養の過程で、作製したR. eutropha改変株は微好気条件では3HB・4HB以外のモノマーユニットを共重合することを見出し、その詳細を検討した。

微生物产生的多羟基烷酸（PHAS）是可生物降解的生物塑料，预计将是塑料废物引起的环境污染问题的解决方案之一。 Poly(3-hydroxybutanoic acid-co-4-hydroxybutanoic acid) [P(3HB-co-4HB)] is a PHA with excellent flexibility, and recombinant microorganisms capable of biosynthesizing P(3HB-co-4HB) without the addition of precursors such as 4HB or butyrolactone have been produced, but the biosynthetic途径是从TCA电路分支的多步反应，涉及降低ATP的功率和消耗。这项研究旨在建立一种实现简单4HB单位生成途径的生产菌株。使用源自厌氧氨氧化的考古学的4HB-COA脱氢酶（4HCD），将与中央代谢分离并从乙酰-COA产生4HB单位的途径被引入葡萄糖可疗法的pha pha pha pha pha pha-过生细菌ralstonia eutropla的菌株。已经发现，在微氧气条件下，修饰的菌株从单个碳葡萄糖源中产生了P（3HB-CO-4HB）共聚物的P（3HB-CO-4HB），在这些碳葡萄糖源中，摇动的数量为通常数量的1/2。通过进一步的修改，例如阻止乙酰-COA代谢的竞争途径，可以单独使用葡萄糖原料的生物合成PHA共聚物，最高为8.6 mol％4HB单位，其高积累速率为54 wt tht％。人们认为，即使在菌株共表达过氧化氢酶中，在有氧摇动数量正常的情况下分解了过氧化氢（一种活性氧），PHA中几乎没有4HB单位，并且Catalase共表达对4HCD的氧气抗性没有影响。在一系列的修饰和培养中，我们发现经过修饰的R. ferropha菌株在微氧条件下产生了3HB和4HB以外的单体单位产生的共聚物，并研究了细节。