生物機能工学専攻　微生物代謝工学研究室　政井　英司　教授
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　上村　直史　助教
https://bio.nagaokaut.ac.jp/~masai-l/
https://souran.nagaokaut.ac.jp/view?l=ja&u=150
https://souran.nagaokaut.ac.jp/view?l=ja&u=100000308

　樹木は地球上でもっとも豊富なバイオマスです。その再生可能でカーボンニュートラルな特性と莫大な存在量・再生産量から、脱炭素社会の構築に向けて化石資源に代わり樹木から化学工業原料やエネルギーを生産することが期待されています。樹木の主要成分のひとつである芳香族高分子のリグニンは、多様で複雑な化学構造ゆえに工業利用が困難であり、いまだに有効な利用方法が見いだされていません。一方、バクテリア（細菌）の芳香族分解システムを利用することにより、リグニンをポリマー系高機能性材料の原料化合物に変換できる可能性が見いだされてきました。
　自然界においてリグニンは、白色腐朽菌等の真菌（きのこ類）が分泌する酵素によって高分子構造がばらばらに分解され、これによって生成する低分子芳香族化合物が細菌によって代謝されて水と二酸化炭素まで分解されると考えられています。私たちは、高分子リグニンの分解によって生成するさまざまな二量体・単量体芳香族化合物を分解できるSphingobium sp. SYK-6株の代謝系を解析しています。これまでにリグニン由来の二量体であるβ-アリールエーテル、ビフェニル、フェニルクマラン、そしてこれら化合物の代謝過程で生成するバニリン酸、シリンガ酸、フェルラ酸等の単量体芳香族化合物の代謝システムを明らかにしてきました。現在、バクテリアによるリグニン由来芳香族化合物の代謝システムの完全理解を目指し、化合物の細胞内への取り込み（膜輸送）、代謝酵素および遺伝子の機能、遺伝子の転写制御システム、そして細胞全体のゲノム・転写・代謝挙動（オミックス）についての解析に取り組んでいます。
　私たちは森林総合研究所等との共同研究により、SYK-6株によるリグニン由来化合物の代謝過程で生じる2-ピロン-4,6-ジカルボン酸（PDC）が、高機能性材料の原料化合物となることを見いだし、これまでにPDCを骨格とした新規のポリアミド、ポリウレタン、ポリエステルを合成してきました。現在、SYK-6株自体やSYK-6株が有するリグニン代謝系遺伝子を利用したPDCの発酵生産システムの開発を進めています。また、弘前大学との共同研究によりPseudomonas sp. NGC7株を宿主としたリグニン由来化合物からのcis,cis -ムコン酸等の発酵生産システムの開発を進めています。cis,cis-ムコン酸は、ナイロンの原料となるアジピン酸やPETボトルに使われるテレフタル酸といった多様な化学工業原料に化学変換可能な基幹化合物です。現在、化石資源からは多種多様なポリマー系材料が生産され私たちの生活に欠かせないものになっています。私たちは脱炭素社会の実現に向けて、リグニンからの新しいポリマー原料化合物の微生物生産システムの開発に取り組み、リグニンからPDCやcis,cis-ムコン酸を経由したものづくりの社会実装を推進しています。

自然界でのリグニンの微生物分解模式図

　　バクテリアによるリグニン由来化合物代謝と代謝システムの解明研究

バクテリアによるリグニン由来化合物代謝と代謝システムの解明研究

・2-ピロン-4,6-ジカルボン酸を発酵生産するための遺伝子、前記遺伝子を含むプラスミド、前記プラスミドを含む形質転換体及び2-ピロン-4,6-ジカルボン酸の製造方法（特許第4658244号）
・テレフタル酸の代謝に関与する新規遺伝子（特許第4882063号）
・ガリック酸からの2-ピロン-4,6-ジカルボン酸の製造方法とこれに使用するガリック酸から2-ピロン-4,6-ジカルボン酸を生産する組み換えプラスミドならびにガリック酸からの2-ピロン-4,6-ジカルボン酸の生産能を具備した形質転換細胞（特許第4914041号）