新技術説明会　様式例

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たつやてっちがわら
5 years ago
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1 1 バイオプロピレン生産を目指したプロパノール発酵技術の開発大阪府立大学大学院生命環境科学研究科応用生命科学専攻教授片岡道彦

2 背景化石資源依存型社会から資源循環型社会へ糖バイオマスバイオプロセスエタノールブタノールバイオ燃料 CO 2 燃焼エネルギー使用エタノール等のバイオ燃料燃焼によりすぐに CO 2 が排出される 2

3 背景化石資源依存型社会から資源循環型社会へ糖バイオマスバイオプロセス乳酸ケミカルプロセスポリ乳酸バイオポリマー CO 2 燃焼エネルギー使用リサイクルリユース CO 2 固定ポリ乳酸等のバイオポリマー長期間の CO 2 固定が可能となる 3

4 バイオプロパノール発酵生産の目的化石資源依存型社会から資源循環型社会へ約 2 kg-co 2 /kg バイオプロピレン糖バイオマスバイオプロセスプロパノールケミカルプロセスプロピレンポリプロピレン化石資源年間生産量 50Mt-PP 約 5 kg-co 2 /kg ナフサ分解法 CO 2 燃焼エネルギー使用リサイクルリユース CO 2 固定すでにポリマーとして普及しているポリプロピレンの生産バイオマスからのプロパノール生産プロセスの開発 4

5 既存の組換え E. coli を用いたプロパノール生産系 Glucose 2 x 2 x Pyruvate Acetyl-CoA CO 2 ABE 発酵菌のイソプロパノール生合成系を E. coli に移植 GAP Glycolysis DHAP Acetoacetyl-CoA Acetate Acetyl-CoA 2 x Pyruvate Acetoacetate Propanol CO 2 CO 2 Max 1.0 mol/mol glucose Acetone Isopropanol Hanai, T. et al., Appl. Environ. Microbiol., 73: (2007) Jojima, T. et al., Appl. Microbiol. Biotechnol., 77: (2008) Shen, CR. et al., Metab. Eng., 10: (2008) Atsumi, S. et al., Appl. Environ. Microbiol., 74: (2008) 5

6 6 従来技術とその問題点 ABE 発酵菌のイソプロパノール生合成経路を移植した組換え大腸菌を用いる方法があるが生合成経路中にCO 2 放出反応があり大腸菌の生育等に必要なエネルギー等を差し引くとグルコースからの対糖収率が最大でもモル / モル程度にとどまると考えられる

7 新規 1- プロパノール発酵生産経路の概略 Glucose Glucose Glycolysis Glycolysis GAP DHAP GAP DHAP Pi MG To TCA cycle Reducing power ATP Max 2.0 mol/mol glucose HA LA 1 Glucose O H 2 O CO ATP Max 1.25 mol/mol glucose 1,2PD CoB 12 H 2 O PA CO 2 放出のない新たなプロパノール生合成系を設計 7

8 8 新技術の特徴従来技術との比較すでに報告のあるイソプロパノール発酵技術とは異なり CO 2 放出を伴わないプロパノール生合成経路を設計対糖収率において従来技術より1.5 2 倍の向上が期待できるバイオマス由来のポリプロピレンのCO 2 排出量は化石資源由来のものの半分以下

9 新規 1- プロパノール発酵生産経路の概略 Glucose Glycolysis Glucose Glycolysis GAP DHAP GAP DHAP Pi MG To TCA cycle Reducing power ATP HA LA 1 Glucose O H 2 O CO ATP Max 1.25 mol/mol glucose 1,2PD CoB 12 H 2 O PA CO 2 放出のない新たなプロパノール生合成系を設計 9

10 グルコースから 1,2-PD を生産する菌株の育種 Glucose Sporobolomyces salmonicolor 由来 Aldehyde reductase II (arii) Escherichia coli 由来 Glycerol dehydrogenase (glda) (S)-LA (S)-1,2-PD DHAP MG HA Escherichia coli 由来 Methylglyoxal synthase (mgsa) (R)-LA (R)-1,2-PD 10

1,2-PD 100 mm Glucose, 48 hr Consumed glucose is 100 mm 0 Vector Aeration Produced

11 Concentration (mm) グルコースから 1,2-PD を生産する菌株の育種 250 P tac 200 Lactate arii 150 pkkarmege (5039 bp) P tac mgsa P tac 100 Acetate glda 50 EtOH Formate Succinate 1,2-PD 100 mm Glucose, 48 hr Consumed glucose is 100 mm 0 Vector Aeration Produced 1,2-PD (mm) pkk Aerobic pkk ArMeGe pkk pkk ArMeGe Microaerobic N.D. 1.3 N.D

12 グルコースから 1,2-PD を生産する菌株の育種 ( まとめ ) Glucose Sporobolomyces salmonicolor 由来 Aldehyde reductase II (arii) DHAP MG HA 1,2-PD Escherichia coli 由来 Methylglyoxal synthase (mgsa) Escherichia coli 由来 Glycerol dehydrogenase (glda) Glucose から 1,2-Propanediol を発酵生産する菌の育種を目的として想定経路を構築し各反応を触媒する酵素遺伝子のスクリーニングによる選抜を行ったこれら酵素遺伝子を導入した組み換え E. coli を Glucose 含有培地で微好気的に培養することにより 100 mm (= 18.0 g/l) の Glucose より 20.6 mm (= 1.57 g/l) の 1,2- Propanediol を培養液中に蓄積した 12

13 新規 1- プロパノール発酵生産経路の概略 Glucose Glycolysis Glucose Glycolysis GAP DHAP GAP DHAP Pi MG To TCA cycle Reducing power ATP HA LA 1 Glucose O H 2 O CO ATP Max 1.25 mol/mol glucose 1,2PD CoB 12 H 2 O PA CO 2 放出のない新たなプロパノール生合成系を設計 13

14 1,2-PD を 1- プロパノールへ変換する菌の探索 Glycerol 3-Hydroxypropionaldehyde 1,3-Propanediol Glycerol dehydratase 1,3-Propanediol oxidoreductase 1,2-PD Propionaldehyde 14

conditions 24 Glucose Glycerol 10 M9 minimum medium containing 5 g/l Yeast extract 10 g/l CaCO 3 50 mm 1,2-PD

15 !-Propanol, 1,2-PD (mm) Glucose, Glycerol (mg/ml) Concentration (mm) Conversion of 1,2-PD to 1-propanol using Shimwellia blattae ATCC ,2-PD 48 1,2PD Glc Gly Glc+Gly Culture conditions 24 Glucose Glycerol 10 M9 minimum medium containing 5 g/l Yeast extract 10 g/l CaCO 3 50 mm 1,2-PD 12 5 Sugar : 100 mm (= 18 g/l) Glucose and/or 200 mm ( 18 g/l) Glycerol 37ºC, 48 hr Time (h) 15

16 1,2-PD を 1- プロパノールに変換する菌株の育種 dhak dhan dham dhal dhad dhar dhah dhat dhai dhab dhac dhaf dhag dhae Gene product Gene produ dhak Dihydroxyacetone dhag Glycerol kinase deh dhan Phosphoenolpyruvate-pro dhat 1,3-Propane dham Dihydroxyacetone dhai Adenosyl kinase tra dhal Hypothetical dhab Glycerol protein deh dhad Glycerol dehydrogenase dhac Glycerol dhar Glycerol metabolism dhae Glycerol ope deh dhah Adenosyl transferase dhaf Glycerol deh sm 1,2-PD PA DhaT CoB 12 Inactivation AdoCbl DhaBCE (apoenzyme) DhaBCE (inactive) PPP i DhaFG ATP ATP DhaHI DhaBCE (holoenzyme) ADP Ado-H Cbl(I) Cobalamin reductase(s) X-Cbl NAD(P) + Toraya, T., Cell. Mol. Life Sci., 57: (2000) 16

Concentration (mm) Concentration (mm) 1,2-PD を

10 PA 0 dhabce dhafg dhahi dhat OD 660 1.3 1.2 0.

17 Concentration (mm) Concentration (mm) 1,2-PD を 1- プロパノールに変換する菌株の育種 ,2-PD ,2-PD 10 PA 0 dhabce dhafg dhahi dhat OD mm 50 mm 5 μg/ml 96 hr 1.0 Glucose 1,2-PD CoB prsf_eb DhaBCEF pcdf_eb DhaITGH 100 mm Glucose, 70 mm 1,2-PD, 5 μg/ml CoB 12, 72 hr 17

18 , 1,2-PD (mm) Glucose (mm) 組換え E. coli を用いた 1- プロパノールの発酵生産 Plasmids CoB 12 Concentration (mm) Consumed glucose 1,2-PD 16 Glucose 160 pkkarmege N.D. pkkarmege pcdf_ebdhaitgh prsf_ebdhabcef N.D mm Glucose, 5 μg/ml CoB 12, 96 hr 4 1,2-PD 40 培養時間 144 h 消費グルコース mm ( 23.9 g/l) 1-プロパノール生成 19.9 mm ( 1.2 g/l) 対グルコース変換率 0.15 mol/mol (0.05 g/g) Time (h) 0 18

19 19 想定される用途バイオマスからのプロピレンポリプロピレン生産バイオマス由来の燃料添加剤の発酵生産バイオマス由来の多目的溶媒の発酵生産

20 20 実用化に向けた課題グルコースから1-プロパノールの生産を確認しかし 1-プロパノールの収量対糖収率が不十分現在 1-プロパノール生合成経路の強化や副産物への変換経路の削除を検討中 1-プロパノールの発酵生産条件の最適化についても検討中

21 21 企業への期待バイオマスからのプロピレン生産を目指したプロパノール発酵技術の共同開発発酵生産技術の開発経験を持つ企業との共同研究を希望本技術によるバイオマス由来のプロパノールのプロピレン製造以外への用途開発

22 22 本技術に関する知的財産権発明の名称 :1- プロパノールの製造方法出願番号 : 特願出願人発明者 : 協和発酵ケミカル他 : 片岡道彦浦野信行清水昌

23 23 産学連携の経歴 1991 年年第一ファインケミカル社と共同研究 D- パントラクトンの酵素法による生産 (1999 年 ) 1995 年年カネカ社と共同研究キラルアルコールの酵素法的生産 (2000 年 ) 2007 年年文科省 -JST ターゲットタンパクプログラムに採択 2012 年 - JST-ALCA プロジェクトに採択

24 24 お問い合わせ先大阪府立大学産学官研究連携戦略室コーディネータ野村幸弘 TEL FAX

微生物によるバイオディーゼル廃グリセロールからの燃料生産

微生物によるバイオディーゼル廃グリセロールからの燃料生産ホワイトバイオによる廃グリセロールからのポリマー原料生産プロセスの開発筑波大学生命環境系教授中島敏明低炭素社会の確立のためにバイオマス燃料バイオディーゼル燃料 (BDF)= 軽油の代替燃料植物油脂 ( トリグリセリド ) メタノール NaOH 脂肪酸メチルエステル (BDF) グリセロール世界のBDF 生産 2,9 万トン (14) ( 日本植物油協会 HPより ) 原料油脂の1%

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