小さな微生物が、環境に優しいバイオ製造に大きな恩恵をもたらす可能性がある。

2023年5月8日
編集後記
小さな微生物が、環境に優しいバイオ製造に大きな恩恵をもたらす可能性がある。

https://phys.org/news/2023-05-tiny-microbes-brew-big-benefits.html

Tiny microbes could brew big benefits for green biomanufacturing

ローレンスバークレー国立研究所による
DOEのジョイント・バイオエナジー研究所で行われた実験では、ストレプトミセス菌の人工菌株がシクロプロパンを生成する様子が観察されました。クレジット：Jing Huang/Berkeley Lab
ローレンス・バークレー国立研究所（バークレーラボ）とカリフォルニア大学バークレー校が率いる研究チームは、持続可能なバイオケミカルへの有力な道筋となる、自然界に存在する新しい炭素生成物を生成するバクテリアを操作しました。
この成果は、『Nature』誌で発表されたもので、バクテリアを使って天然の酵素反応と「カルベン転移反応」と呼ばれる自然界にない新しい反応を組み合わせたものです。この研究は、一般的に化石燃料に依存する化学製造工程に持続可能な代替手段を提供するため、いつか産業排出の削減に貢献する可能性もあります。
「この論文で示したのは、天然酵素からカルベンまで、この反応のすべてをバクテリアの細胞内で合成できることです。と、この研究の主任研究者で、エネルギー省のジョイント・バイオエネルギー研究所（JBEI）のCEOであるジェイ・キースリングは述べています。
カルベンは、反応性の高い炭素ベースの化学物質で、さまざまな種類の反応に使用することができます。何十年もの間、科学者たちは、燃料や化学物質の製造、創薬や合成にカルベン反応を利用したいと考えてきました。
しかし、これらのカルベン反応は、試験管を使って少量ずつしか実施できず、反応を促進するための高価な化学物質が必要でした。
今回の研究では、高価な化学反応物質を、ストレプトミセス菌の人工菌株で生産可能な天然物に置き換えた。
この細菌は、細胞代謝によって糖を使用して化学製品を生産するため、「この研究により、化学合成で通常使用される有毒な溶媒や有毒ガスを使用せずにカルベン化学を行うことができます」と、キースリング研究所のバークレーラボ博士研究員である第一著者Jing Huangは語っています。"この生物学的プロセスは、今日の化学物質の合成方法よりもはるかに環境に優しいです "とHuangは述べています。
JBEIでの実験で、研究者たちは、人工細菌が糖を代謝してカルベン前駆体とアルケン基質に変換する様子を観察しました。この細菌はまた、進化したP450酵素を発現し、これらの化学物質を用いて、新規の生物活性化合物や高度なバイオ燃料の持続的生産に使用できる可能性のある高エネルギー分子であるシクロプロパンを生成しました。
"我々は今、バクテリアの細胞内でこの興味深い反応を行うことができます。つまり、この反応を大量生産するために、非常に大きな規模に拡大することができるのです」とKeaslingは述べています。
化学物質の合成に細菌を利用することは、二酸化炭素の排出量を削減する上でも重要な役割を果たすと、Huangは言う。バークレー研究所の他の研究者によると、温室効果ガス排出量の50％近くは、化学物質、鉄鋼、セメントの生産に起因しているという。気候変動に関する政府間パネル」の最近の報告書によると、地球温暖化を産業革命前の水準より1.5度上昇させるためには、2030年までに温室効果ガスの排出量を半分に大幅に削減する必要があるという。
Huangは、この完全に統合されたシステムは、多数のカルベン供与分子とアルケン基質に対して想定できるものの、まだ商業化には至っていないと述べています。
「新しいことをするためには、誰かが最初の一歩を踏み出す必要があります。科学の世界では、成功するまでに何年もかかることがある。しかし、あきらめずに挑戦し続けなければならない。私たちの研究が、より環境に優しく、持続可能なバイオマニュファクチャリングソリューションの探求を続ける他の人々を刺激することを願っています」とHuangは述べています。
詳細はこちら Jing Huang et al, Complete integration of carbene-transfer chemistry into biosynthesis, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06027-2
ジャーナル情報です： ネイチャー
提供：ローレンスバークレー国立研究所
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