Research Institute for Sustainable Humanosphere

天然リグニンに配列依存的に結合するペプチドを発見 -植物バイオマスの変換利用に期待-(渡辺隆司教授)

地球温暖化や石油などの化石資源の枯渇問題を背景として、再生可能で食料と直接競合しない植物資源から、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。

 樹木や草本植物の細胞壁は、セルロースなどの多糖類をリグニンという芳香族の高分子で固めた構造をとっていますが、石油などの化石資源に代わって、再生可能な非可食植物資源から化学品やバイオ燃料をつくるためには、植物細胞壁を固めるリグニンを高効率で分解することが鍵となります。

 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結合する糊しろとなるタンパクがつながっており、このセルロース結合性タンパクのおかげで酵素がセルロースによく結合し、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、リグニンに結合するタンパク質はついておらず、分解が難しい構造となっていました。

 もし、リグニンによく結合するペプチドを見出して、そのペプチドをリグニン分解酵素や触媒に結合させることができれば、酵素が効率よくリグニンに結合し、分解が促進されると予測されます。また、こうした組換え酵素を木材腐朽菌で発現すると、リグニン分解力を強化した菌が育種されます。さらに、リグニン親和性ペプチドを人工触媒に結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、天然リグニンに結合するペプチドが発見できれば、非可食植物資源の有用物質への変換の大きな武器となります。

   そこで渡辺隆司教授と山口亜佐子研究員(現 大阪府立大学理学系研究科研究員)は、京都大学化学研究所の中村正治教授、高谷光准教授、 磯崎勝弘助教と共同で、リグニン結合性ペプチドを見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離し、分離した天然リ グニンに結合するペプチドを選抜する実験を行いました。その結果、配列依存的に天然リグニンに結合するペプチドを見出しました。

 リグニンに結合するペプチドを見出したことにより、そのペプチドのアミノ酸配列をリグニン分解酵素に組み込むことができ、分解性を強化した酵素や木材腐朽菌が育種されると期待されます。また、人工触媒に組み込むことで、リグニン分解性に優れた触媒が開発され、さらに、植物のリグニンを重合する酵素に組み込むと、植物細胞壁の構造や分解性を制御できると考えられます

 本研究成果は2016年2月23日付、「Scientific Reports」誌に掲載されました。

渡辺先生_プレスリリース20160414
スギおよびユーカリからリグニンを分離し、分離した天然リグニンに結合するペプチドを選抜
リグニン親和性ペプチドC416および構成アミノ酸変化させた改変C416ペプチドの単離リグニンへの結合挙動
リグニン親和性ペプチドC416および構成アミノ酸変化させた改変C416ペプチドの単離リグニンへの結合挙動
分子動力力学計算によって決定した、リグニン親和性ペプチドC416の安定へリックス構造
分子動力力学計算によって決定した、リグニン親和性ペプチドC416の安定へリックス構造

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京都大学webサイト、研究成果

 

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書誌情報

【DOI】 http://dx.doi.org/10.1038/srep21833

【KURENAIアクセスURL】 http://hdl.handle.net/2433/210190  

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

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