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北海道大学と三菱ケミカルグループの研究グループが海洋細菌から新たなPBS分解酵素を発見

2023.10.23

北海道大学大学院水産科学研究院の澤辺智雄教授、三菱ケミカルグループらの研究グループは、海洋での分解性が乏しいポリブチレンサクシネート(PBS)に対し、分解性を示す海洋細菌ビブリオ・ルバー(Vibrio ruber、以下「V. ruber」)を発見し、さらに本海洋細菌から新たなPBS分解酵素の特定に成功したと発表した。

海のプラスチック汚染は世界規模課題のひとつであり、さまざまな技術を駆使して解決策を見いだしていく必要がある。生分解性プラスチックの開発はその解決策のひとつだ。ポリ3-ヒドロキシ酪酸(PHB)やポリブチレンサクシネートアジペート(PBSA)などの海洋環境下で生分解するポリマーが開発されている一方で、土壌やコンポスト環境下などではよく分解されるにも関わらず、海洋域では生分解性が減弱すると評価されているポリマーも数多く知られている。

PBSもそのひとつで、バイオ原料由来のコハク酸を活用したPBSは生分解性バイオマスプラスチックのひとつとして知られている。PBSの海洋環境下での難分解性の要因究明には、PBS分解性海洋微生物やそれら由来の酵素を特定し、それらの基本性質を解析することが必要となる。

同研究では、まず、北海道沿岸から採取した海水中にPBSフィルムを浸漬させて培養したところPBSの分解と資化が認められた。このフィルム上では、ビブリオ科細菌の存在量が高まっていた。次に、さまざまな細菌を探索し、V. ruberがPBSを分解できることが分かり、かつ、V. ruberのゲノム配列から新規なPBS分解酵素遺伝子の特定に成功。さらに、V. ruberのPBS分解酵素を、大腸菌を使って生産させ、この組換え酵素の高度精製にも成功した。このV. ruberのPBS分解酵素はPBSフィルムを分解可能で、既知のカビ由来酵素よりも分解活性が高いことが判明した。

同研究結果は、海洋細菌由来のPBS分解酵素を特定した初めての成功例。このV. ruberのPBS分解酵素の三次元構造をシミュレーションしたところ、既知のPET分解酵素の構造と極めて類似しており、本酵素によるPET分解能も期待される。また、持続可能な社会形成に資するプラスチックリサイクルのさらなる発展や、海洋環境におけるPBS分解促進化技術開発への貢献が期待される。

↑既知のPET分解酵素の結晶構造と同研究で見いだされたPBS分解酵素の推定構造との比較。桃色と緑色が活性中心、黄色と橙色がPET結合部位のアミノ酸を示す。

なお、本研究成果は2023年9月29日(金)にEnvironmental Microbiology誌に早期公開された。
論文名:A lesson from polybutylene succinate plastisphere to the discovery of novel plastic degrading enzyme genes from marine vibrios(PBSプラススチスフェアから学ぶマリンビブリオ由来の新規プラスチック分解酵素遺伝子の発見)
URL:https://doi.org/10.1111/1462-2920.16512

関連情報
https://www.mcgc.com/
https://www.hokudai.ac.jp/

構成/立原尚子

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