微生物による廃棄ゴムからプラスチックへの直接変換

微生物直接将废旧橡胶转化为塑料

• 批准号: 20J15659
• 负责人: 儀武 菜美子
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J15659/
• 关键词: 天然ゴム; ポリヒドロキシ酪酸; バイオプラスチック; ポリイソプレン分解酵素; PHB生産菌; PHB

天然ゴム分解菌Rhizobacter gummiphilus NS21株は、細胞外でポリイソプレンをイソプレンオリゴマーへと低分子化して細胞内に取り込むことで代謝する。天然ゴム培養時のNS21株細胞を電子顕微鏡で観察した結果、細胞内にバイオプラスチックの一種であるポリヒドロキシアルカン酸を蓄積していることが判明した。そこで本株を利用することにより、天然ゴムを原料としたバイオプラスチック生産技術を構築することが可能であると考えた。NS21株が生産するポリヒドロキシアルカン酸をガスクロマトグラフィーで分析した結果、ポリヒドロキシ酪酸 (PHB)であることが明らかとなった。またNS21株のゲノム中にポリヒドロキシ酪酸 (PHB)合成遺伝子群 (phaCAB)の存在を確認している。NS21株のPHB生産系の効率化を目指して、培養条件の検討と本株の遺伝子改変を行なった。先行研究では、細胞の増殖に必要な窒素源量が不足すると、PHAの前駆体であるアセチルCoAがPHA合成経路へと分配されPHA合成が促進されることが示されている。そこで、NS21株培養時の窒素源を10%にした。その結果、NS21株においても、PHBの蓄積量が約4倍に向上することが明らかとなった。このことから、本株においても窒素減の制限によりアセチルCoAがPHB合成に利用されやすくなったと考えられる。本株のゲノム解析により2つのPHB分解酵素遺伝子ホモログを同定している。そこで、PHB生産性の向上を目指して、相同組換え法によって両遺伝子ホモログの二重破壊株を作製した。得られた二重破壊株を天然ゴムで培養した際のPHB蓄積量を調べた結果、野生株の場合と比較して生産量が約5倍に向上することが示された。得られた破壊株ではPHB分解能が欠失したことで、細胞内で生産したPHBが分解されずPHB蓄積量が増大したと考えられる。

天然橡胶降解细菌嗜胶根杆菌 NS21 通过在细胞外将聚异戊二烯转化为异戊二烯低聚物并将其带入细胞来代谢聚异戊二烯。使用电子显微镜观察天然橡胶培养过程中的NS21菌株细胞，结果发现细胞内积累了一种生物塑料聚羟基链烷酸。因此，我们认为通过使用该菌株，可以创建一种以天然橡胶为原料的生物塑料生产技术。对菌株NS21产生的聚羟基链烷酸进行气相色谱分析，结果表明它是聚羟基丁酸(PHB)。我们还证实了 NS21 菌株基因组中存在聚羟基丁酸（PHB）合成基因簇（phaCAB）。为了提高NS21菌株PHB生产系统的效率，我们研究了培养条件并对该菌株进行了基因改造。前期研究表明，当细胞生长所需的氮源量不足时，PHA的前体乙酰辅酶A会分配到PHA合成途径，促进PHA合成。因此，NS21菌株培养时的氮源设定为10%。结果表明，NS21菌株中PHB蓄积量也增加了约四倍。这表明在该菌株中，由于氮还原的限制，乙酰辅酶A更容易用于PHB合成。该菌株的基因组分析鉴定出两个 PHB 降解酶基因同源物。因此，为了提高PHB生产力，我们利用同源重组创建了两种基因同源物的双破坏菌株。当将获得的双破坏菌株在天然橡胶上培养时，研究了PHB积累量，结果显示其生产量比野生菌株高约五倍。据认为，所产生的破坏菌株缺乏PHB降解能力，这阻止了细胞内产生的PHB被降解，导致PHB积累量增加。

项目成果

Characterization of the genes responsible for rubber degradation in Actinoplanes sp. strain OR16

• DOI: 10.1007/s00253-020-10700-1
• 发表时间: 2020-07-18
• 期刊: APPLIED MICROBIOLOGY AND BIOTECHNOLOGY
• 影响因子: 5
• 作者: Gibu, Namiko;Arata, Tomoka;Kasai, Daisuke
• 通讯作者: Kasai, Daisuke

Identification and transcriptional analysis of poly(cis-1,4-isoprene) degradation gene in Rhodococcus sp. strain RDE2

• DOI: 10.1016/j.jbiosc.2022.01.013
• 发表时间: 2022-04-08
• 期刊: JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING
• 影响因子: 2.8
• 作者: Gibu, Namiko;Linh, Dao Viet;Kasai, Daisuke
• 通讯作者: Kasai, Daisuke