細菌によるアルカン分解機構の解明とそれを利用した鯨油に代わるワックス類の生産

阐明细菌分解烷烃的机制并用其生产蜡来替代鲸油

基本信息

批准号：
14760050
负责人：
谷明生
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14760050/
关键词：
n-alkane Acinetobacter paraffin wax degradation wax ester Acyl-CoA dehydrogenase

项目摘要

原油中の主成分であるn-アルカンを分解できる微生物については細菌・酵母・カビに至るまで数多くの報告があるが、現在までに知られている中でAcinetobacter sp.M-1株は最も長鎖の成分(炭素数30以上)を分解できる細菌として例を見ない分解特性を持っている。本菌は常温で個体である成分にまで旺盛に生育することから、その強力な分解活性と、代謝産物であるワックスエステルの合成力とを用いて廃油や自然環境に放出された原油成分から、現在天然には利用できない鯨油に代わるワックス類の生産に結びつけることを目的とした。このようなバイオコンバージョンを目的とする場合は分解機構の解明とそれに関わる遺伝子・酵素群に関しての情報が必要であることから、一つ一つの反応を行う酵素について性質を調べてきた。特に本研究ではアルカン分解とワックス合成との分岐点であるAcyl-CoA脱水素酵素を本菌より精製、遺伝子をクローニングし、その性質を調べた。本菌はAcyl-CoA脱水素酵素を少なくとも二つ保持しており、それらの遺伝子はタンデムに染色体ゲノム上に配置されていた。これらの遺伝子がコードする酵素はそれぞれ長鎖、中鎖のAcyl-CoAに活性を示し、基質特異性が異なることを明らかにした。これらはその基質特異性から、それぞれ長さの異なるアルカンに生育するときに必要な酵素であると考えられる。このように同じ反応を行う酵素でも長さの異なる基質に対応して複数の酵素を持つことは、本菌においてすでにいくつかの事例(アルカンヒドロキシラーゼ、アルコール脱水素酵素、アルデヒド脱水素酵素)で発見しており、本菌が中鎖から極長鎖までのアルカンに生育する特性を酵素レベルで明らかにしたと言える。今後は本遺伝子の破壊株等の構築と、それを用いたアルカンからワックス生産への収率の増大を試みる。

关于能够降解原油主要成分正构烷烃的微生物有很多报道，包括细菌、酵母菌和霉菌，但不动杆菌M-1菌株是迄今为止已知的最长的菌株，它具有前所未有的分解特性。一种可以分解链组分（30个或更多碳原子）的细菌。由于该细菌在室温下旺盛生长为固体成分，因此利用其强大的分解活性和合成代谢物蜡酯的能力，将释放到自然环境中的废油和原油成分转化为废油和原油成分。生产可以替代目前天然无法获得的鲸油的蜡。如果这种生物转化的目的是阐明分解机制以及有关基因和酶组的信息，我们就研究了执行每个反应的酶的特性。特别是，在本研究中，我们从该细菌中纯化了酰基辅酶A脱氢酶（烷烃分解和蜡合成之间的分支点），克隆了该基因，并研究了其特性。这种细菌拥有至少两种酰基辅酶A脱氢酶，这些基因在染色体基因组上串联排列。结果表明，这些基因编码的酶分别对长链和中链酰基辅酶A表现出活性，并且具有不同的底物特异性。由于其底物特异性，这些酶被认为是在不同长度的烷烃上生长所必需的。这样，在这种细菌中已经存在几种情况（烷烃羟化酶、醇脱氢酶、乙醛脱氢酶），进行相同反应的酶具有对应于不同长度的底物的多种酶，可以说这种细菌的特性。已经在酶水平上阐明了在从中链到超长链的烷烃上生长的情况。未来，我们将尝试构建该基因的破坏菌株，并利用它来提高烷烃生产蜡的产量。