PBSを分解する海洋細菌を発見、分解酵素も特定――海洋分解性プラスチック開発に寄与北海道大学と三菱ケミカル

北海道大学は2023年10月16日、同大学大学院水産科学研究院や三菱ケミカルグループらの共同研究チームが、海洋での分解性が乏しいポリブチレンサクシネート（PBS）を分解する海洋細菌を発見したと発表した。また、同細菌からPBSを分解する酵素遺伝子も特定している。

海のプラスチック汚染に対する解決策の一つとして、生分解性プラスチックの開発が進んでいる。生分解性プラスチックの一つであるポリブチレンサクシネート（PBS）は、土壌やコンポスト環境下にてよく分解される一方で、海洋域では生分解性が弱まるとされている。

同研究チームはまず、北海道沿岸から採取した海水でPBSフィルムを浸漬培養し、PBS分解と資化に伴う酸素消費を測定した。

次いで、PBSの資化が認められた培養サンプルを用いて、PBSフィルム上に形成されたバイオフィルムの微生物由来DNAを採取。16Sアンプリコンシーケンス法により、微生物の群集構造を調べたところ、ビブリオ科細菌がバイオフィルムの主体であることが判明した。

試験管内でのPBSフィルムの分解系とビブリオ科細菌群の増加

その後、エマルジョン化PBSを含む固形培地を用いたクリアゾーン試験により、海洋性PBS分解微生物を探索したところ、新規な海洋性PBS分解微生物としてビブリオ・ルバー（V.ruber）の単離に成功した。

次に、ゲノム配列解析により既知のPBS分解酵素遺伝子に類似している遺伝子を検索したところ、PBS分解酵素遺伝子の候補を保有していることが判明した。

大腸菌で生産、精製し、PBS分解活性を解析したところ、同酵素はPBSフィルムを分解することが可能で、既存のカビ由来酵素よりも分解性が高いことが明らかになっている。

加えて、同酵素は、10℃の低温下でも分解活性を示した。また、三次元構造をシミュレーションしたところ、既知のPET分解酵素の構造と類似していることが判明。PET分解の活性中心やPET結合に関わるアミノ酸がよく保存されており、PET分解能も見込まれる。

既知のPET分解酵素の結晶構造と本研究で発見したPBS分解酵素の推定構造との比較。
桃色と緑色が活性中心、黄色と橙色がPE 結合部位のアミノ酸を示す

今後、さらなる分解メカニズムの解明が進むことで、海洋環境におけるPBS分解を促進する技術の開発や、新たな海洋分解性プラスチック開発に寄与することが期待される。

PBSを分解する海洋細菌を発見、分解酵素も特定――海洋分解性プラスチック開発に寄与　北海道大学と三菱ケミカル