超高分解能分子モニタリングで捉える選択的リグニン分解機構のダイナミクスと包括解析

超高分辨率分子监测捕获木质素选择性降解机制的动力学和综合分析

• 批准号: 11J03215
• 负责人: 西村 裕志
• 金额: $ 1.02万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2013-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J03215/
• 关键词: 核磁気共鳴法; 木質バイオマス; 担子菌; リグニン; 生分解機構

本研究は、木質バイオマス資源の有効な利活用に向けて、選択的リグニン分解菌による生分解を高分解能核磁気共鳴法および質量分析法を駆使して捉えることを目的とした。木質は主にセルロース、ヘミセルロース、リグニンから構成される。生分解過程でどのような化学結合が消失し、変化するのかをモニタリングするためには、木質中の各成分の結合相関を2D-NMR上にマッピングする必要がある。特に、選択的リグニン分解菌がどのようにリグニンを分解していくのかを把握するためには、リグニンユニット間の結合情報とリグニンと糖の結合情報が重要である。そこで、できるだけ天然に近い条件で包括的にNMR解析する手法の確立を試みた。溶液NMR法による木質成分の解析は、欧米を中心に数グループから報告されているが、従来法ではユニット間結合の精密構造解析と定量評価を行うための感度、分解能が十分ではなかった。また粉砕時の加熱・酸化による構造変化を避けることも重要である。そこで、温和な条件での微粉砕処理法と溶解法の最適化を行った結果、従来法を凌駕する感度と分解能で2D-NMRスペクトルを得ることに成功した。このように、木質のNMR解析において試料調製法、分析法を検討して他のグループを凌駕する解析法を確立できたことは大きな成果である。また定量評価法についても検討を加え、結合定数の相違による違いを、TOROSY/anti-TOROSY法を用いて算出したJ値から補正し定量性を向上する手法を提案することができた。これは木質の生分解機構の解析のみならず、NMR法によるバイオマスの精密評価・定量系全般に適用可能な成果である。さらに、木材腐朽菌の生分解過程を経時的にNMRで詳細に解析し、腐朽形態の相違をNMR法によって観測することができた。また、生分解の鍵を握る二次代謝物について高分解能質量分析法を用いて新規類縁体を同定し、プロファイリング解析を進めた。

这项研究旨在有效利用木质生物量资源，并使用高分辨率的核磁共振和质谱法捕获选择性木质素降解细菌的生物降解。木材主要由纤维素，半纤维素和木质素组成。为了监测在生物降解过程中哪些化学键消失和变化，有必要将木材中每个分量的结合相关性映射到2D-NMR上。特别是，木质素单位之间的结合信息以及木质素和糖之间的结合信息对于了解选择性木质素降解细菌如何降解木质素很重要。因此，我们试图在尽可能接近自然的条件下建立一种全面的NMR分析方法。已经报告了几个组（主要在欧洲和美国）对溶液NMR进行木质组分的分析，但是常规方法没有足够的敏感性和分辨率来精确结构分析和单位间键的定量评估。避免在研磨过程中加热和氧化引起的结构变化也很重要。因此，在轻度条件下优化了粉碎和溶解方法，因此，我们成功地获得了超过常规方法的敏感性和分辨率的2D-NMR谱。通过这种方式，我们能够研究NMR木材分析中的样品制备和分析方法，并建立了一种超过其他群体的分析方法，这是一个很大的成就。我们还研究了定量评估方法，并提出了一种方法，该方法通过使用Torosy/anti Anti torosy方法计算出的J值的耦合常数差异来提高定量性。这是一项成就，不仅可以应用于木材的生物降解机制，还可以应用于所有NMR方法，用于精确评估和定量生物量。此外，随着时间的推移，NMR详细分析了木材衰变真菌的生物降解过程，NMR可以观察到衰减形式的差异。此外，使用高分辨率质谱法和进行分析分析，为二级代谢物鉴定了新的类似物，这是生物降解的关键。

项目成果

リグニンのβ-0-4結合新規選択的開裂法(γ-TTSA法)の検討(2)-DHPへの適用-

木质素中β-0-4键选择性断裂新方法的研究（γ-TTSA法）（2）-在DHP中的应用-

• 发表时间: 2011
• 作者: 安藤大将;西村裕志;片平正人;高野俊幸;中坪文明;矢野浩之
• 通讯作者: 矢野浩之

Towards evaluation of wood cell wall structures and those biodegradation using solution NMR

使用溶液核磁共振评估木材细胞壁结构和生物降解

• 发表时间: 2012
• 作者: H.Nishimura;Y.kozawa;M.Katahira;H.Okamura;T.Watanabe;M.Katahira
• 通讯作者: M.Katahira

溶液NMR法による木材細胞壁成分の精密評価と生分解モニタリング

利用溶液核磁共振法对木材细胞壁成分进行精确评估和生物降解监测

• 发表时间: 2012
• 作者: 西村裕志;小澤佑;岡村英保;渡辺隆司;片平正人
• 通讯作者: 片平正人

リグニンのβ-0-4結合新規選択的開裂法(γ-TTSA法)の検討(3)-MWLへの適用-

研究木质素中β-0-4键的新型选择性断裂方法（γ-TTSA法）（3）-MWL中的应用-

• 发表时间: 2012
• 作者: 安藤大将;西村裕志;片平正人;高野俊幸;中坪文明;矢野浩之
• 通讯作者: 矢野浩之

Diverse rare lipid-related metabolites including ω-7 and ω-9 alkenylitaconic acids (ceriporic acids) secreted by a selective white rot fungus, Ceriporlopsis subvermispora

多种稀有脂质相关代谢物，包括选择性白腐真菌 Ceriporlopsis subvermispora 分泌的 ω-7 和 ω-9 烯基衣康酸（角孔酸）

• 发表时间: 2012
• 期刊: Chem.Phys.Lipids
• 作者: Nishimura;H.;Murayama;K.;Watanabe;T.;Honda;Y.;Watanabe;T.
• 通讯作者: T.