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自然に学ぶ研究事例

第68回白色腐朽菌に学ぶバイオマス活用
エネルギー・環境技術
微生物資源
超・高活性なリグニン分解菌を育てる
地球上に大量に存在する有機質資源、セルロース。その有効活用が求められているが、リグニンの分解という前処理が大きな課題だ。環境に負荷をかけない、白色腐朽菌に学ぶバイオマス活用とは?
白色腐朽菌
白色腐朽菌

木材中のリグニンを分解し、木材を白く変色させることからこの名前がついた。シイタケ、ヒラタケ、マイタケ、エリンギほか、多くのキノコも白色腐朽菌の仲間である。写真上は、森に自生するサルノコシカケ科のカワラタケ。写真下は木粉の変化を観察したもので、白色腐朽菌を接種するとリグニンの分解が進み、色が茶色(右)から白く(左)変わっていく。

脱石油、二酸化炭素の排出削減を目的に、とうもろこしやサトウキビなど、でんぷんを原料とするバイオエタノールの生産が、世界的に進展しています。しかし、食料植物を原料とすることから食品や飼料の価格にも影響を与え、畑の開墾による森林の喪失などが問題となっているのです。そこで、地球上に大量に存在する非食料植物に注目し、それを有効活用しようという研究がさまざまに行われています。間伐材や廃材などからセルロースを取りだし、糖に分解してバイオエタノールをつくろうというのです。

 

木材には、非常に分解が困難なリグニンという高分子が含まれており、セルロースを利用するためには、まずリグニンを分解しなければなりません。そのため、高温・高圧下で酸やアルカリなどの薬品を利用するといった、非常に環境負荷が高い方法が取られているのが現状です。一方、自然界では、白色腐朽菌と呼ばれる微生物たちが常温・常圧でリグニンを分解し、木材を腐らせています。しかし、それを産業利用するためには、分解効率を大幅にアップし、時間も大きく短縮しなければなりません。その課題を解決するために、高活性な分解菌の探査が活発に行われて来ました。

 

すでに、一般的に用いられている白色腐朽菌のリグニン分解能の2倍程度の能力を示す高活性リグニン分解菌が発見され、2種類のリグニン分解酵素が特定されています。そして、その酵素遺伝子を強発現させた菌株を育種することで、野生株の2倍程度の能力をもたせる研究が進められているのです。

 

このリグニン分解菌は、ダイオキシンなどの環境汚染物質分解能を有することもわかりました。そのメカニズムを活かした、環境修復(バイオレメディエーション)の研究や、植物を活用する環境修復(ファイトレメディエーション)への応用研究なども行われています。微生物の力を借りた、環境負荷のないエネルギー生産や環境保全技術が、近い将来、実現すると期待されているのです。

平井浩文 准教授

静岡大学農学部 応用生物化学科

微生物でバイオエタノール生産を実現する
卒論のテーマで微生物によるリグニン分解の研究に着手し、日本各地の山から白色腐朽菌を採集してきては高活性な株を探査する日々を送りました。1200くらいの腐朽材から、純粋分離できた白色腐朽菌が120あまり。その中から、高活性菌を見つけることができました。スクリーニングは予想とは違うことも結構あり、同じことの繰り返しでもありますが、発見したときは巡り会えた喜びがありました。現在は、そのメカニズムを解明し、分解能とスピードを上げるための研究を行っています。 リグニン分解菌の研究はいろいろと行われていると思いますが、育種をしているのはめずらしいのではないでしょうか。微生物を活用したバイオエタノール生産の仕組みは、1〜2年以内に実現させたい。並行して、環境浄化の分野でもぜひ活用されるような浄化菌も育てたいですね。

トピックス
2002年、日本政府はバイオマス(生物由来資源)の活用を促す「バイオマスニッポン総合戦略」を発表しました。木質系のバイオマスは、たとえば、製材工場や建設現場の残材、間伐材や小径材など林産地での残材を加えると、年間1200万トン以上も発生していますが、現在も十分に活用されているとは言えません。林産地の残材の場合は、搬出コストという問題もありますが、小規模な処理装置でリグニンの分解処理ができ、セルロースからエネルギーをはじめとする有用物の生産が容易になれば、その活用は大きく進展すると考えられます。 そこで期待されているのが、高効率で、低コストでリグニンを分解する技術なのです。白色腐朽菌をはじめ、木を食べて体内で酢酸やメタンを作っているシロアリの腸内に共生する微生物など、自然界のメカニズムに学んだ研究が、その成果を見せ始めています。
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