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ポリヒドロキシアルカン酸 / 生分解性プラスチック / バイオポリエステル

微生物が合成するポリヒドロキシアルカン酸（PHA）は、海中でも分解される生分解性プラスチックとして、その利用に注目が集まっている。微生物が合成するPHAのうち、3-ヒドロキシ-2-メチルブタン酸（3H2MB）を含むポリマーは、融点が高く、耐熱性に優れた高性能な生分解性プラスチックとして使用できる。しかし、このポリマーは僅かな量しか合成できないため、本研究では3H2MBを含むポリマーを高収量で生産する方法を確立することを目的とする。
初年度は、新規なケトチオラーゼを用いて生合成経路を組換え大腸菌内に構築することで、3H2MBユニットをグルコースとプロピオン酸を炭素源として合成することを試みた。ケトチオラーゼは基質特性がことなるものがいくつか知られているが、その中で3H2MB前駆体をアセチルCoAとプロピオニルCoAの縮合で生成することができる酵素があることを確認した。しかしながら、この酵素は3H2MB前駆体の生成よりも、プロピオニルCoA同士の縮合により生成される3-ヒドロキシ-2-メチルバレリン酸（3H2MV）前駆体の反応の方が優勢であり、PHA中の3H2MB分率は低い値に留まっていた。炭素源の供給法などの培養条件を種々検討したが、現時点では3H2MB分率を大幅に増やすことはできなかった。今後、核磁気共鳴（NMR）分析により合成された共重合体ポリマーの組成を正確に決定する。また、ゲルろ過クロマトグラフィー（GPC）による分子量測定を行い、合成されたポリマーの分子量についても調査する予定である。

バイオポリエステル / ポリヒドロキシアルカン酸 / 代謝工学 / 生分解性プラスチック / エノイルCoAヒドラターゼ / 再生可能資源 / ヒドラターゼ / 基質特異性 / 組成制御

本研究は、様々な組成からなるバイオポリエステルを代謝工学的手法を用いて合成し、その基礎的な高分子物性を解析することを目的として行った。これまでに知られているバイオポリエステルの物性は、硬くて脆いか、柔らかすぎるエラストマー状態のどちらかであった。我々が期待する物性は、それらの中間の物性を有し、フイルム状に成型加工が可能なものである。この目的に合う物性を発揮するポリマーとして、炭素鎖数4の3-ヒドロキシブタン酸(3HB)を主体として数モル%の炭素鎖数6〜12の3-ヒドロキシアルカン酸(3HA)を含むP(3HB-co-3HA)共重合体を本研究のターゲットとした。このポリマーを合成するために、短鎖モノマー(3HB)に活性が高い重合酵素と中鎖モノマー(3HA)の供給能力の高い酵素を組み合わせて大腸菌内で人工的なポリエステル合成経路を構築した。しかし、以前我々が取得した中鎖モノマー供給酵素では供給能力が低く、中鎖モノマー(3HA)がポリマー鎖中に取り込まれなかった。そこで、中鎖モノマー(3HA)の供給能力が高いモノマー供給酵素の取得を試み、バイオポリエステル合成細菌であるPseudomonas aeruginosaから新たに2つの中鎖モノマー供給酵素遺伝子(phaJ3とphaJ4)を得、それらの遺伝子産物のキャラクタリゼーションを行った(Int. J. Biol. Macromol.,2003)。それら2つの酵素のうちの1つは(PhaJ4)は、非常に高い中鎖モノマー供給能力を有していることが分かつた。この酵素は、今後、目的のP(3HB-co-3HA)合成のために有効に利用できると考えられる。