組換え大腸菌による褐藻類の分解

• 担当機関: （独）水産総合研究センター 中央水産研究所
• 研究期間: 2006～2011
• 発行年度: 2011
• 要約: 海藻バイオマスとしての褐藻の利用法を開発することを目的として、組換え細菌を用いて褐藻（アイヌワカメ、スジメ、ダシガラコンブ）の分解を試みた。海藻分解能力の高いPseudoalteromonas atlantica AR06株の菌体外アルギン酸分解酵素遺伝子を大腸菌に導入した株で、褐藻（アイヌワカメ、スジメ、ダシガラコンブ）中のアルギン酸を効率よく分解することができた。
• 背景・ねらい: 世界的に海藻バイオマスの潜在性は非常に高いにもかかわらず、セルロース・デンプン系陸上バイオマスに比べると海藻バイオマスの利用は極めて遅れている。褐藻類は成長が早く資源量も豊富であることから、褐藻の主成分であるアルギン酸などの海藻特異的な糖をエタノール化する技術は海藻バイオマスの有効利用において重要である。エタノール化するためには、まず多糖類の糖化が必要であり、酵素による多糖類の分解は糖の収率が高く有害物質が産生されないという利点がある。一方、コストの点では酸糖化等との比較では割高となる。本研究では海藻バイオマスのエネルギー化や化成品原料への利用技術の基礎を開発することを目的として、組換え微生物を用いて褐藻に含まれるアルギン酸を直接効率よく分解する条件を検討した。

成果の内容・特徴

1. アルギン酸リアーゼ（alyA）発現大腸菌
   海藻分解能力の高いPseudoalteromonas atlantica AR06株の持つ菌体外アルギン酸分解酵素遺伝子（alyA）をlacプロモーターの下流につなぎ、大腸菌JM109に導入したJM109（alyA）を作製した（図1）。1/2人工海水LB培地にて定常期まで培養した。
2. 組換え大腸菌によるアルギン酸の分解
   50mlスケール：300ml三角フラスコに50mlのアルギン酸1％含有1/2AS LBと前培養大腸菌5mlを加えて、アルギン酸分解能を確認した。一晩（O/N）では完全分解には至らなかったが、約1日でほぼ完全にアルギン酸が分解された（図2）。
   雑海藻（アイヌワカメ、スジメ、ダシガラコンブ）の分解を試行した。1/2人工海水LB培地にそれぞれの海藻粉末を懸濁し2倍濃度の前培養菌体を1/10容量加えて、15ml遠沈管に1.6mlと2.2mlの試験液を調製した。2.2mlではアイヌワカメのみが完全に分解された（図3 a）。1.6mlではO/Nで全ての海藻が分解された（図3 b）。アイヌワカメ、スジメは分解されやすかった。

• 成果の活用面・留意点: 大腸菌はアルギン酸を消費しないため、本株を用いた分解系ではアルギン酸のロスは生じない。また、大腸菌を用いた生産システム等は確立されているため、今後技術が進んだ際にはこうした組換え細菌を用いたアルギン酸の利用が可能になる。しかし組換え細菌を用いているため、環境への影響を避けるための厳密な取扱が必要である。
• 研究内容: http://fra-seika.fra.affrc.go.jp/~dbmngr/cgi-bin/search/search_detail.cgi?RESULT_ID=3310&YEAR=2011
• カテゴリ: コスト