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藻類の光合成だけでバイオプラスチック生産 理研などが世界最高効率達成

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理化学研究所とマレーシア科学大学の共同研究グループは、ラン藻に微生物の遺伝子を導入することにより、光合成だけで高効率にバイオプラスチックを生産することに成功したと発表した。

バイオプラスチックは生物由来のプラスチックで、飲料容器や、車の内装、パソコンなどの用途で実用化されている。石油を原料としたプラスチックが生産や消費の過程で二酸化炭素(CO2)を大量に排出するのに対し、微生物が作りだすバイオプラスチックは、微生物による分解性(生分解性)を備えるなど、環境負荷の低減が期待される素材だ。

しかし、バイオプラスチックの生産には、微生物の培養に大量の糖と特別な施設が必要で、コスト面での課題があるとされてきた。 

本共同研究グループは、光合成だけでバイオプラスチックの1つ「ポリヒドロキシアルカン酸(PHA)」を生産するために、ラン藻に注目した。ラン藻にバイオプラスチック合成に関わる遺伝子を導入し、光合成によるバイオプラスチック合成手法の開発に取り組んだとしている。この研究成果が実用化されれば、高価な栄養源を要さず、太陽光だけでプラスチックの生産が可能となり、生産コストの大幅な低減につながる。

本実験の研究手法とその成果の概要は下記の通りとなっている。

  • ラン藻に3種類の微生物由来の遺伝子(phaB、phaC、nphT7)を導入し、PHA生産の代謝経路を変えた(下図)
  • その結果、溶液の炭素源なしでラン藻の乾燥重量の14%に当たるPHAを合成し、世界最高レベルの生産効率を達成した
  • さらに、微量の炭素源として0.4%の酢酸を加えることで、PHA生産量を乾燥重量の41%まで向上させた
開発したPHA生産の代謝経路

開発したPHA生産の代謝経路

ラン藻は、繁殖力が非常に強い藻類で、これまでに、ゴムの主成分のイソプレン、バイオエタノールのイソブチルアルコールなどの化合物の生産も報告されている。本共同研究グループは、今回新しく導入した代謝経路による細胞の全体の変化を調べるためにラン藻の全遺伝子の発現解析を行ったところ、生産性向上のために必要な遺伝子候補を見いだしたと述べており、今後の効率的なバイオプラスチックの生産プロセスが期待できると述べている。

本研究は、同社の環境資源科学研究センターのバイオマス工学連携研究部門合成ゲノミクス研究チームの松井南チームリーダーと、同大学の生物学部スーディッシュ・クマール教授らの共同研究グループによって行われ、本研究成果は、米国の科学雑誌『PLOS ONE』オンライン版(1月22日付け)に掲載された。

【参考】
理研 - 光合成によるバイオプラスチックの生産効率で世界最高レベル達成

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