Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

化学合成独立栄養細菌 / 生分解性プラスチック / 還元力供給システム / ギ酸デヒドロゲナーゼ / 亜リン酸デヒドロゲナーゼ / 二酸化炭素資源化

本申請課題では、新規な還元力供給システムを構築し、水素ガスによる爆発の危険性を完全に解除した独立栄養培養系の構築を試みる。また、生分解性プラスチックであるポリヒドロキシアルカン酸（PHA）を細胞内に合成、蓄積する化学合成独立栄養細菌Ralstonia eutrophaを使用することで、二酸化炭素からのPHA生産手法の創生を目指す。

本年度は、(1)水素ガス以外の物質から還元力を供給するために、亜リン酸デヒドロゲナーゼの異種発現系の構築および(2)爆発下限界の水素ガスを用いた培養系の構築を行った。
(1)亜リン酸を酸化する際に還元力を獲得する酵素である亜リン酸デヒドロゲナーゼの遺伝子をクローニングして発現ベクターを構築し、R. eutrophaへと形質転換した遺伝子組換え株を取得した。構築した組換え株における亜リン酸デヒドロゲナーゼの酵素活性および培養液中の亜リン酸消費が確認され、R. eutropha細胞内における亜リン酸デヒドロゲナーゼの異種発現および亜リン酸を用いた還元力供給に成功した。次いで、組換え株を水素ガスを用いずに独立栄養条件下で培養を試みた。水素ガスを使用しない条件では、菌体増殖は確認できず、還元力供給が不足していること、あるいは独立栄養条件での増殖に必要な酵素群の発現が十分ではない可能性が考えられる。このため、還元力供給および独立栄養系の酵素発現を補うために、(2)爆発下限界の濃度で水素ガスを供給する培養系を構築した。これにより、良好な菌体増殖を達成し、細胞内に60wt%以上のPHAを蓄積させることに成功した。

ポリヒドロキシアルカン酸 / 生分解性プラスチック / 化学合成独立栄養細菌 / ポリエステル合成

本課題では、水素細菌を用いた独立栄養培養において、爆発下限界の低濃度水素を活用することに着目した。爆発下限界の水素濃度は4 %であり、この水素濃度であれば理論上、水素を安全に取り扱って培養することできる。しかしながら、この低濃度水素で水素細菌がどの程度の二酸化炭素固定能を示し、どの程度の菌体増殖を行うのかについては調査されておらず、その利用可能性は未知数である。そこで、爆発下限界の水素濃度において水素細菌の二酸化炭素固定能を調査することで、その有用性の検証を行うことを目的とした。

低濃度水素を用いた独立栄養培養法は、水素の爆発を回避し、安全な培養技術としてのプラットフォームになり得るものである。水素の爆発下限界での効率的な培養法が確立できれば、水素細菌による物質生産系は非常に大きな発展性を有している。また、太陽光などの再生可能なエネルギーから水の電気分解によって生産されたグリーン水素を利用すれば、究極の持続可能な物質生産系として環境保全に大きく貢献する。