山口亜佐子 生存圏研究所研究員（現大阪府立大学理学研究科）、渡辺隆司 同教授は、中村正治 化学研究所附属元素科学国際研究センター教授、高谷光 同准教授、磯崎勝弘 同助教と共同で、木材から分離した天然リグニンに配列依存的に結合するペプチドを見出しました。このペプチドは、植物バイオマスの変換利用に有用なリグニン分解酵素や人工触媒開発の強力なツールとなります。
本研究成果は2016年2月23日付、「Scientific Reports」誌に掲載されました。
研究者からのコメント
概要
地球温暖化や石油などの化石资源の枯渇问题を背景として、再生可能で食料と直接竞合しない植物资源から、燃料や化学品、材料をつくりだすバイオリファイナリーが注目されています。
树木や草本植物の细胞壁は、セルロースなどの多糖类をリグニンという芳香族の高分子で固めた构造をとっていますが、石油などの化石资源に代わって、再生可能な非可食植物资源から化学品やバイオ燃料をつくるためには、植物细胞壁を固めるリグニンを高効率で分解することが键となります。
セルロースの酵素分解では、セルロースを分解するタンパクにセルロースに结合する糊しろとなるタンパクがつながっており、このセルロース结合性タンパクのおかげで酵素がセルロースによく结合し、分解性が高まっています。しかしながら、リグニン分解酵素には、リグニンに结合するタンパク质はついておらず、分解が难しい构造となっていました。
もし、リグニンによく结合するペプチドを见出して、そのペプチドをリグニン分解酵素や触媒に结合させることができれば、酵素が効率よくリグニンに结合し、分解が促进されると予测されます。また、こうした组换え酵素を木材腐朽菌で発现すると、リグニン分解力を强化した菌が育种されます。さらに、リグニン亲和性ペプチドを人工触媒に结合させることにより、リグニン分解力を高めた触媒も合成されます。このように、天然リグニンに结合するペプチドが発见できれば、非可食植物资源の有用物质への変换の大きな武器となります。
そこで本研究グループは、リグニン结合性ペプチドを见出すことを目的として、スギおよびユーカリからリグニンを分离し、分离した天然リグニンに结合するペプチドを选抜する実験を行いました。その结果、配列依存的に天然リグニンに结合するペプチドを见出しました。
リグニンに结合するペプチドを见出したことにより、そのペプチドのアミノ酸配列をリグニン分解酵素に组み込むことができ、分解性を强化した酵素や木材腐朽菌が育种されると期待されます。また、人工触媒に组み込むことで、リグニン分解性に优れた触媒が开発され、さらに、植物のリグニンを重合する酵素に组み込むと、植物细胞壁の构造や分解性を制御できると考えられます。
図：スギおよびユーカリからリグニンを分离し、分离した天然リグニンに结合するペプチドを选抜
详しい研究内容について
书誌情报
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Asako Yamaguchi, Katsuhiro Isozaki, Masaharu Nakamura, Hikaru Takaya & Takashi Watanabe "Discovery of 12-mer peptides that bind to wood lignin" Scientific Reports 6, Article number: 21833 Published: 23 February 2016
