JP2002017347A - リグニンペルオキシダーゼの生産を増大する方法とその利用方法 - Google Patents

リグニンペルオキシダーゼの生産を増大する方法とその利用方法

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JP2002017347A
JP2002017347A JP2000199784A JP2000199784A JP2002017347A JP 2002017347 A JP2002017347 A JP 2002017347A JP 2000199784 A JP2000199784 A JP 2000199784A JP 2000199784 A JP2000199784 A JP 2000199784A JP 2002017347 A JP2002017347 A JP 2002017347A
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Hiroyuki Wariishi
博之 割石
Hiroo Tanaka
浩雄 田中
Hiromasa Kurihara
宏征 栗原
Koichi Okada
公一 岡田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は微生物を用いた環境浄化を実用化に
つなげるべく、低価格化合物により、LiPの活性を増
大させ、低コストで分解効率の高い有害物質の分解技術
を提供することを目的とするLiPの生産を増大する方
法およびその利用方法。 【解決手段】 LiP生産菌におけるLiPの生産を増
大するための媒介物質としてジベンゾ−p−ダイオキシ
ン骨格を有する化合物から選択される少なくとも一の化
合物、例えばジベンゾ−p−ダイオキシンを添加するこ
とを特徴とするLiPの生産を増大する方法、及び、そ
れを利用した基質の分解方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はダイオキシン類の添
加によりリグニンペルオキシダーゼ生産菌におけるリグ
ニンペルオキシダーゼの産生を増大させる方法、および
リグニンペルオキシダーゼの生産を増大させたリグニン
生産菌の分解プロセスにおける使用に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、地球環境の悪化に伴い汚染土壌、
汚染水等の浄化が急務になっており、特に、ダイオキシ
ンに代表される猛毒の難分解性化合物の多くは環境中に
極微量存在することで人体に悪影響を与える。従来、ダ
イオキシン等の難分解性化合物の分解には熱処理、UV
/オゾン処理、超臨界水処理などの物理化学的手法が採
用されているが、コスト的、エネルギー的に課題があ
る。そこで省エネルギー、省コストの分解方法として微
生物を用いたバイオ処理が注目されている。なかでも、
木材を栄養素として生育するキノコの一種である白色腐
朽担子菌が種々の難分解性環境汚染物質、特に多岐にわ
たる芳香族化合物を分解することが報告されており(Jo
shi DK. 他 Appl. Environ. Microbiol. 59:1779-85
等)、この白色腐朽担子菌は芳香族天然高分子であるリ
グニンを完全無機化する唯一の微生物であり、リグニン
分解酵素として、リグニンペルオキシダーゼ(以下、L
iPと略称する。)、マンガンペルオキシダーゼ(以
下、MnPと略称する。)等を菌体外に分泌し、このL
iPが難分解性の環境汚染物質を分解することが報告さ
れている。ダイオキシンについても例外ではなく、担子
菌による分解が報告されており、特に、LiPの関与が
報告され、LiP、MnPによる酵素分解をもとに生菌
におけるダイオキシンの代謝経路が推定されている(Jo
shi DK. 他 Biochemistry 33:10969-76 )。本研究室に
おいてもPhanerochate chrysosporiumによるジベンゾ−
p−ダイオキシン分解を検討した結果、基質が生菌の作
用により減少することが確認されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、担子菌
を用いたダイオキシンなどの有害物質の除去には、汚染
土壌、汚染水等の汚染物質に木材チップ等を添加するこ
とで担子菌を増殖させているが、この方法は廃棄物であ
る木材チップの有効利用という点では優れているが、汚
染土壌等に対して2割ほどの木材チップを新たに添加す
る必要があり、残された最終処分場の有効利用の観点か
ら、これ以上余剰汚染物を増加させることはできないと
いう問題点がある。また、分解効果が安定しない、分解
に要する時間がかかる等の分解効率の点で問題があり、
工業的な有害物質の分解に実用化するためには、更なる
技術開発が必要である。また、ベラトリルアルコールの
添加により、LiPの酵素誘導が起こることが知られて
おり、LiP活性の増大により効率的な分解が可能とな
るが、ベラトリルアルコールは高価であるため、実用化
に際しては、低コスト、かつ、分解効率の高い分解方法
が求められている。そこで、微生物を用いた環境浄化を
実用化につなげるべく、低価格化合物により、LiPの
活性を増大させ、低コストで分解効率の高い有害物質の
分解技術を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、Phaneroc
hate chrysosporiumの培養工程中にジベンゾ−p−ダイ
オキシンを添加することにより、LiPの生産が増大す
ることを見出し、本発明を完成した。すなわち、本発明
は、LiP生産菌におけるLiPの生産を増大するため
の媒介物質としてジベンゾ−p−ダイオキシン骨格を有
する化合物から選択される少なくとも一の化合物、例え
ばジベンゾ−p−ダイオキシンを培養工程中に添加する
ことを特徴とするLiPの生産を増大する方法を提供す
る。
【0005】本発明で生産の増大がもたらされるLiP
は、1983年にP.chrysosporiumの培養液から単離精
製された酵素であり(TienM.他、Science 221,661,198
3、Gold MH.他 Biochemical& Biophysical Research C
ommunications 114,1077,1983等)、活性中心にヘム鉄
を含み、一般的には、過酸化水素共存下でベラトリルア
ルコール(3,4−ジメトキシ−フェノール)がベラト
リルアルデヒドに酸化されることに伴って活性を示す菌
体外酵素である。
【0006】本発明のLiP生産菌におけるジベンゾ−
p−ダイオキシン骨格を有する化合物から選択される少
なくとも一の媒介物質化合物添加によるLiPの生産を
増大、例えば、Phanerochate chrysosporiumおけるジベ
ンゾ−p−ダイオキシンを添加することを特徴とするL
iPの生産を増大は以下のように確認することができ
る。
【0007】まず、測定用のサンプルの調製方法を説明
する。Phanerochate chrysosporiumにジベンゾ−p−ダ
イオキシンを添加して培養した後、吸引濾過又は遠心分
離等の方法を用いて菌体を除去した培養液を経時的に採
取し、測定用試料とした。次に、LiP活性の測定方法
を説明する。LiP活性の測定は基質、例えば、ベラト
リルアルコールの酸化活性を測定することにより行うこ
とができる。すなわち、上記測定用試料と基質を反応さ
せ、単位時間当たりに生じる産物の量を吸光度測定等の
方法を用いて求めることにより活性の測定を行う。反応
はH2O2等の酸化剤を添加することにより開始させ、活性
測定はジベンゾ−p−ダイオキシンの懸濁を防止するた
め、界面活性剤存在下により行う。比較のため、基質を
添加しない菌体についても上記した方法に準じて実験を
行う。
【0008】以上のように、ジベンゾ−p−ダイオキシ
ン骨格を有する化合物がLiP産生菌のLiP生産に与
える影響について検討したところ、ジベンゾ−p−ダイ
オキシン添加によりLiPの酵素活性が増大することが
確認された。これはダイオキシンによる細胞応答を示す
ものであり、異物代謝系の制御が働いたことによるもの
である。また、ダイオキシンの初発反応がLiPにより
触媒されると推定されていることから、基質添加による
細胞応答として、LiPの発現誘導が起こり、LiPの
生産が増大したため、LiP活性が増大したと思われ
る。一方、同様にMnPについても検討を行ったが、M
nPについてはジベンゾ−p−ダイオキシンの添加によ
り活性が減少したことが確認された。したがって、本発
明は特異的にLiP生産を増大させることによって、L
iP活性を増大させる方法である。
【0009】LiP生産菌としては、一般にリグニンを
分解できる菌を挙げることができ、その具体例として、
カワラタケ属(Coriolus versicolor IFO 30340 等)、
マクカワタケ属(Phanerochaete chrysosporium ATCC 3
4541等)、シロアミタケ属(Trametes dickinsii IFO 6
488 等)、タマチョレイ属(Polyporus mikadoi IFO651
7等)等が挙げられる。
【0010】担子菌の酵素産生を増大させる媒介物質化
合物として使用するジベンゾ−p−ダイオキシン骨格を
有する化合物しては、例えば、ジベンゾ−p−ダイオキ
シンが好ましい。しかしながら、2,3,7,8-テトラクロロ
ジベンゾ- p- ダイオキシン等ははジベンゾ−p−ダイ
オキシン骨格を有する化合物ではあり、恐らくLiP生
産の増大をもたらすことができるであろうが、非常に猛
毒な化合物であるため使用には適さない。
【0011】また、本発明は、基質分解のための方法に
おいて、該基質を酸化剤(なくともよい)、LiP生産
菌、および、ジベンゾ−p−ダイオキシン骨格を有する
化合物から選択される少なくとも一の媒介物質化合物に
接触させることを特徴とする基質の分解方法を提供す
る。
【0012】本発明による分解方法において使用される
酸化剤は、好ましくは過酸化水素をあるいは現場におい
て過酸化水素を発生することができる化合物、例えば、
過ホウ酸塩、過酸化水素水、mCPBA等の有機過酸化物等
である。
【0013】本発明による基質の分解方法は、好ましく
は、汚染土壌、または、汚染水中の環境汚染物質、特
に、ダイオキシン類の分解に使用することができ、Li
P活性の増大により、効率的に分解処理を行うことがで
きる。すなわち、LiPは種々の難分解性の環境汚染物
質を分解するため、本発明のLiP活性の増大方法を利
用して環境汚染物質の分解を効率的に行うことができ
る。液体培養液、固体培養に白色腐朽菌を植菌し、菌体
の増殖期または菌体増殖後期に菌体を汚染土壌に1〜3
0%の割合で混合する。LiP酵素誘導物質は、培養中
または菌体を土壌混合する際に、0.01〜1 mM添加する。
酸化剤は、土壌混合後に過酸化水素濃度として0.1 〜1
mM添加するが、添加しなくてもよい。
【0014】また、LiPは、種々の色素を分解できる
こと知られていることから、本発明の基質分解方法を例
えば、製紙用パルプの漂白、洗濯中における繊維の漂
白、し尿処理における脱色等に利用することも可能であ
る。
【0015】更に、本発明の基質分解方法は、酸化剤、
LiP産生菌、および、ジベンゾ−p−ダイオキシン骨
格を有する化合物から選択される少なくとも一つの媒介
物質化合物からなる基質分解用キットとして提供するこ
とも可能である。キットとして揃えておくことで簡易に
基質分解を行うことができる。LiP産生菌は、基質分
解に際して、LiPを産生できれば、凍結乾燥品でも、
保存用スラントに植菌された状態等でもよい。また、酸
化剤はなくてもよい。 [ 発明の効果]本発明により、LiP生産菌におけるL
iPの産生を特異的に増大させることができると共に、
LiP活性が増大するため、効率的な基質の分解方法、
特に、ダイオキシンをはじめとする環境汚染物質の分解
方法を提供することができる。更に、本発明の酵素産生
を増大させる媒介物質化合物は、従来のLiPの活性誘
導に使用されているベラトリルアルコールよりも低価格
の化合物であるため、低コストで分解効率の高い分解技
術を提供することができ、工業的な有害物質分解の分野
での実用化が期待される。
【0016】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説
明するが、本発明はこれによって限定されるものではな
い。 (実施例1)ジベンゾ−p−ダイオキシンがLiP活性
に与える影響 ジベンゾ−p−ダイオキシンがLiP活性に与える影響
をLiPのベンジルアルコールの酸化分解活性を測定す
ることにより調べた。 (1)試料の調製 白色腐朽菌Phanerochate chrysosporium ATCC34541をKi
rk液体培地(組成を表1に示す。)で3 7℃にて培養
し、植菌後5日目の菌体にDMF に溶解させた50mMジベン
ゾ−p−ダイオキシン(和光純薬工業(株))を最終濃
度0.5mM となるように培養液中に添加した。植菌は、ス
ラントに植菌後3日目のスラントに滅菌水9mlを加えて
分生子を採取し、得られた分生子懸濁水200 μl を100m
l 三角フラスコ中の上記した培地20mlに接種することに
より行われた。培養は100ml 三角フラスコ中で上記した
培地20mlにて培養し、37℃で3日間培養後、100 %酸素
をパージし、その後2日に一回酸素パージを行った。各
菌体を所定時間培養した後、培養液を吸引濾過して培養
濾液を得、得られた培養濾液をLiP活性測定用の試料
とした。
【0017】 表1 Kirk培地の組成表 グルコース 20 g 酒石酸アンモニウム 0.22 g Kirk trace elements(6*) 注1 11.7 mL リン酸二水素カリウム 2 g 硫酸マグネシウム 0.5 g 塩化カルシウム 0.1 g 10* Thiamine Solution 10 mL 酢酸 1.2 g 水酸化ナトリウム 0.4 g Tween80 0.10% pH 4.5 蒸留水で1000 mL に定容 注1 Kirk trace elements(6*)の組成表 ニトリロ酢酸 9.0 g 硫酸コバルト(II)7水和物 1.1 g 硫酸亜鉛7水和物 1.1 g 硫酸銅(II)5水和物 0.06 g 硫酸カリウムアルミニウム12水和物 0.11 g ホウ酸 0.06 g 硫酸マンガン5水和物 4.3 g 硫酸鉄7水和物 0.6 g 塩化ナトリウム 6.0 g モリブデン酸ナトリウム2水和物 0.072 g 硫酸マグネシウム7水和物 18 g 塩化カルシウム2水和物 0.6 g pH 4.5 蒸留水で1000 mL に定量
【0018】(2)活性の測定 200mM コハク酸緩衝液(pH=3.0)100 μl 、10mMベラト
リルアルコール50μl、1%Tween80 を含む超純水640 μl
に培養濾液200 μl を加えて37℃に加温し、10mM H2O
2 10μl を添加し、反応させた。ベラトリルアルコール
が酸化分解されることにより遊離してくるべラトリルア
ルデヒドの量を310nm における吸光度を分光光度計(HI
TACHI U-3000 spectrophotometer)で測定し、単位時間
当たりの吸光度変化によりLiPのベラトリルアルコー
ルの酸化活性を求めた。比較のため、上記と同量のDMF
を添加した菌体についても同様に実験を実施した。結果
を図1に示す。
【0019】(3)結果 ジベンゾ−p−ダイオキシンを添加した培地中において
もLiP活性を有しており、基質添加培地におけるLi
P活性はコントロール培地と比較して増大することが明
らかにされた。培養後6日目において、基質添加培地及
びコントロール培地ともにLiP活性が最大の値を示
し、基質添加培地はコントロール培地の3. 3倍の活性
を示すことが確認された。
【0020】(実施例2)ジベンゾ−p−ダイオキシン
がMnP活性に与える影響 ジベンゾ−p−ダイオキシンがMnPの活性に与える影
響をMnPの2価Mnを3価への酸化する活性を測定す
ることにより調べた。500 mMマロン酸緩衝溶液(PH 4.
5)100 μl、830 μl 蒸留水、試料 50 μl、50 mM 硫
酸マンガン水溶液 10 μl 、10 mM 過酸化水素水を混合
後、2価マンガンが3価マンガンに還元される量を、3
価マンガン -マロン酸複合体が呈する 270 nm の吸光度
を測定し、単位時間当たりの吸光度変化によりMnPの
MnSO4 の酸化活性を求めた。その結果を図2に示す。
基質添加培地のMnPの活性はコントロール培地に比べ
て減少していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ジベンゾ−p−ダイオキシンのLiP活性へ
の影響を示す図。
【図2】 ジベンゾ−p−ダイオキシンのMnP活性へ
の影響を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) (C12N 9/08 C12R 1:645) C12R 1:645) B09B 3/00 ZABE (72)発明者 栗原 宏征 福岡県福岡市東区箱崎6―10―1 九州大 学内 (72)発明者 岡田 公一 大阪府大阪市浪速区敷津東一丁目2番47号 株式会社クボタ内 Fターム(参考) 2E191 BA12 BB00 BB01 BC01 BD20 4B050 CC10 DD03 EE02 LL05 4B065 AA58X AC14 BB13 4D004 AA41 AB07 CA15 CA18 CC07 CC11 4D040 DD07 DD12

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リグニンペルオキシダーゼ生産菌における
    リグニンペルオキシダーゼの生産を増大するための媒介
    物質としてジベンゾ−p−ダイオキシン骨格を有する化
    合物から選択される少なくとも一種類以上の媒介物質化
    合物を培養工程において添加することを特徴とするリグ
    ニンペルオキシダーゼの生産を増大する方法。
  2. 【請求項2】基質分解のための方法において、該基質を
    酸化剤、リグニンペルオキシダーゼ生産菌、および、ジ
    ベンゾ−p−ダイオキシン骨格を有する化合物から選択
    される少なくとも一の媒介物質化合物に接触させること
    を特徴とする基質の分解方法。
  3. 【請求項3】分解方法が汚染土壌、汚染水中に含まれる
    環境汚染物質の分解に使用させる請求項2に記載の基質
    の分解方法。
  4. 【請求項4】酸化剤、リグニンペルオキシダーゼ産生
    菌、および、ジベンゾ−p−ダイオキシン骨格を有する
    化合物から選択される少なくとも一つの媒介物質化合物
    からなる基質分解用キット。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009166027A (ja) * 2007-12-20 2009-07-30 Ehime Univ 石油汚染土壌の浄化方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009166027A (ja) * 2007-12-20 2009-07-30 Ehime Univ 石油汚染土壌の浄化方法

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