研究室・教員

微生物分子機能学 (乾研究室)

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客員教授
乾 将行
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http://www.rite.or.jp/

研究・教育の概要

近年CO2の増加による地球温暖化やエネルギー資源問題が社会問題として大きく取り上げられています。これらは先進国のエネルギー消費や途上国の経済発展など国境を越えた問題に起因しており、それらの解決には単なる技術開発だけでなく、グローバルな生産・消費システムの理解など幅広い知識が必要です。微生物分子機能学研究室ではこれらの認識を踏まえ、「植物」を原料とし、「微生物」を用いたバイオプロセスに対する一貫した研究開発を行い、バイオマスを有効に利用した再生可能資源による循環型および低炭素社会の実現を目指した技術開発に取り組んでいます。

主な研究テーマ

バイオリファイナリー基盤技術の確立

バイオリファイナリーとは、再生可能資源であるバイオマスからバイオプロセスにより化学品や燃料を生産するコンセプトで、循環型社会構築への大きな役割が期待され、米国では、国家科学戦略として技術開発が進められています(図1)。微生物分子機能学研究室ではアミノ酸工業生産に広く用いられているコリネ型細菌を利用した高効率バイオプロセス「増殖非依存型バイオプロセス」を開発しました。高生産性のkeyは、微生物細胞の分裂増殖を人為的に停止した状態で化合物を製造させることにあります。遺伝子レベルで機能改良した微生物細胞を大量に調製し、反応槽に高密度に充填、分裂増殖を停止させた状態で高速度の反応を行います。微生物細胞をあたかも化学プロセスにおける触媒のように利用、通常の化学プロセスと同等以上の生産性(space time yield;STY, 単位反応容積の時間あたりの生産量)が実現されます(図2)。生産性の飛躍的向上を目指して、トランスクリプトーム解析やメタボローム解析、遺伝子ネットワーク解析等を統合して代謝経路の設計を行うシステムバイオロジーに取り組み、生産物に最適な微生物細胞を創製しています(図3)。

バイオエネルギー及びグリーン化学品生産

増殖非依存型バイオプロセスを利用して、稲わらやコーンストーバなどの非食料バイオマスからバイオエタノールを製造する基盤技術を確立し、米国エネルギー省研究所(NREL)と共同で実用化を目指した研究開発を進めています。この他、次世代燃料として期待されるバイオブタノールや、種々な産業で用いられる各種ポリマー原料となる有機酸、アルコール、芳香族化合物等の各種グリーン化学品の生産基盤技術にも取り組んでいます。

(図1) バイオリファイナリーの概念図
(図1) バイオリファイナリーの概念図
(図2) 増殖非依存型バイオプロセスと従来法との比較
(図2) 増殖非依存型バイオプロセスと従来法との比較
(図3) システムバイオロジーを駆使した微生物の創製
(図3) システムバイオロジーを駆使した微生物の創製

主な発表論文・著作

  1. Maeda T. et al., J Bacteriol, 199, e00798-16, 2017
  2. Hasegawa S. et al., Appl Environ Microbiol, 83, e02638-16, 2017
  3. Kuge T. et al., Appl Microbiol Biotechnol, 101, 5019-5032, 2017
  4. Kogure T. et al., Metab Eng, 38, 204-216, 2016
  5. Kubota T. et al., Metab Eng, 38, 322-330, 2016
  6. Toyoda K. et al., Mol Microbiol, 100, 486-509, 2016
  7. Maeda T. et al., Mol Microbiol, 99, 1149-1166, 2016
  8. Toyoda K. et al., Appl Microbiol Biotechnol, 100, 45-60, 2016
  9. Kuge T. et al., J Bacteriol, 197, 3788-3796, 2015
  10. Tanaka Y. et al., J Bacteriol, 197, 3307-3316, 2015