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Graduate School/Faculty of Bioresources

CBP用ブタノール生産菌の開発

三重大学大学院生物資源学研究科三宅　英雄

東海国立3大学新技術説明会 2014年6月27日　JST東京別館ホール


Clostridium cellulovoransのセルロソーム

2

cell surface

carbohydrate-binding module (CBM)surface layer homology domain (SLH) cohesin domain

Scaffolding protein

セルロソーム


C. cellulovoransによるソフトバイオマスの糖化能

3

稲わらのみ稲わら+C. cellulovorans

稲わらなどソフトバイオマスを直接分解することができる


セルロース系バイオマスからのバイオリファイナリー

4

早急な開発が必要「バイオ燃料技術革新計画」より

シュガープラットフォーム

フェノールプラットフォーム

糖質系、デンプン系にはない技術的な問題

酵素が作用しやすいように物理的・化学的分解

セルロース、ヘミセルロース両方の分解

C6糖に加え、C5糖の発酵

コストおよび時間がかかる

｢前処理、糖化、発酵｣のプロセスを統合する技術開発 (Consolidated Bio-Processing)

前処理糖化発酵濃縮脱水セルロース系バイオマスからのエタノール生産


Consolidated Bio-Processing (CBP)

5

L. R. Lynd (Dartmouth Coll., Hanover, NH) Consolidated Bio-Processing (CBP)を主張

経済的影響が最も大きい！

Nature Biotechnology 26, 169 - 172 (2008)

Biologically-Mediated Event

Cellulase production

Cellulose hydrolysis

Hexose fermentation

Pentose fermentation

Processing Strategy (each box represents a bioreactor - not to scale)

CBP!

!

SHF!O2!

SSF!O2!

SSCF!O2!


CBP化へのアプローチ

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セルラーゼ高生産微生物へのエタノール発酵の賦与

宿主-ベクター系が確立されている Clostridium thermocellum 代表研究者：L. R. Lynd et al.

CDCDCDCDCDCDCDCDCD

CBMエタノール

セルロソーム

　問題点ヘミセルロースの糖化発酵能力が低い

エタノール発酵能の高い微生物でのセルラーゼ発現

細胞表層工学を使ったアーミング酵母代表研究者：神戸大・近藤先生ら

エタノールセルラーゼキシラナーゼ

　問題点セルラーゼ活性が低い C5糖の発酵


C. cellulovoransのゲノム解析

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セルロソーム関連遺伝子：55遺伝子

ノンセルロソーム関連遺伝子：123遺伝子C. cellulovorans

5.1Mb

ゲノム解析完了

特許出願：ＰＣＴ／ＪＰ2010/53363

Glycoside Hydrolases (GHs) Polysaccharide Lyases (PLs) Carbohydrate Esterases (CEs)

炭素源に応じてセルロソーム、ノンセルロソームを変化させる

cellulose xylan


イノベーション創出基礎的研究推進事業

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稲わらからのバイオエタノールの生産コスト

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原料前処理糖化発酵蒸留修繕費人件費

現行の前処理コストの1/3以下、使用酵素量1/4以下にすることで約25％のコストを削減 1) Journal of Japan Society of Energy and Resources, 30, 8-14 (2009)

1)

1)


Clostridium cellulovorans

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バイオマス

ギ酸乳酸酢酸酪酸

Xylose

Glucose Glucose-6-P

D-xylulose-5-P

Pyruvate

Acetyl-CoA

有機酸

グルコースキシロース

CO2

太陽植物細胞壁

セルロソーム

酵素

拡大

C. cellulovorans


Clostridium beijellinkii

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液体燃料 (ブタノール）

Xylose

Glucose Glucose-6-P

D-xylulose-5-P

Pyruvate

Acetyl-CoA

アルコール

C. beijerinckii

回収


セルロソーム再構築ブタノール生産菌の創製

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液体燃料 (ブタノール）

Xylose

Glucose Glucose-6-P

D-xylulose-5-P

Pyruvate

Acetyl-CoA

アルコール

C. beijerinckii

回収

バイオマス

グルコースキシロース

CO2

太陽植物細胞壁

セルロソーム

酵素

拡大


トランスクリプトーム解析、プロテオーム解析

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トランスクリプトーム解析（RNA-Seq解析）

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多糖分解のための酵素の組み合わせ

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CellulosePectin

Hemicellulose (LBG)

Hemicellulose Xylan


プラスミドの構築（pMTL500E-CbpA-ManA）

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exgS engH engKcbpASPP hbpA engL manA engM engN



セルロソーム再構築ブタノール生産菌

形質転換


炭素源にガラクトマンナンを用いた時の培養

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C. beijerinckii [pMTL500E]

C. beijerinckii [pMTL500E-CbpA-ManA]

C. beijerinckii [Wild-type]

アルコールの製造方法特願2014-68757 発明者：三宅英雄、田丸浩出願人：三重大学


お問い合わせ先

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三重大学社会連携研究センター　知的財産統括室 !

ＴＥＬ０５９－２３１－５４９５ＦＡＸ０５９－２３１－９７４３ e-mail chizai-mip＠crc.mie-u.ac.jp

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