2023-12-18 アメリカ合衆国・コーネル大学
・ コーネル大学が、ビブリオ・ナトリジェンス(Vibrio natrigens)の遺伝子操作により、希土類元素の抽出・バイオ吸着機能の強化を実証。
・ バクテリアによるバイオ吸着で、高価値な元素の持続可能な抽出を実現するもの。現行の溶液による希土類元素の熱化学的な抽出・分離では、高温度や強力な化学物質を使用。環境への負荷や炭素フットプリントの問題の懸念がある。
・ 本研究では、MP6 と呼ばれるプラスミドでビブリオ・ナトリジェンスのゲノムを編集。MP6 は、ゲノムにエラーを導入し、希土類元素のバイオ吸着機能の増大した突然変異種をスクリーニングする。
・ ビブリオ・ナトリジェンスを始めとする様々なバクテリアツールは、希土類元素と鉱物処理技術を米国に安全に取り戻させる手段を提供する。このような生物学的な処理方法は、例えばネバダ州との国境の先端付近に位置するカリフォルニア州の Mountain Pass 希土類元素鉱山において、強力な国内生産性を回復させる可能性がある。
・ コンピューター、電池、クリーンエネルギー技術に使用される希土類元素は、現代社会で重要な役割を担っている。ホワイトハウスによる 2021 年初頭のアセスメントでは、外国の元素供給源や敵対国での元素処理への米国の過度の依存が指摘されており、国家と経済安全保障への脅威を引き起こしている。
・ 本研究は、Cornell Presidential Life Sciences Graduate Fellowship、Cornell Energy Systems Institute、
Cornell Engineering Learning Initiative 、 Burroughs Welcome Fund 、 Cornell Atkinson Center for
Sustainability からの Academic Venture Fund award、Cornell 2030 Project Fast Grant、Mary Fernando
Conrad’83 と Tony Conrad からの寄付によって支援された。
URL: https://news.cornell.edu/stories/2023/12/little-bacterium-may-make-big-impact-rare-earth-processing
<NEDO海外技術情報より>
関連情報
ACS Synthetic Biology 掲載論文(フルテキスト)
Multiple Rounds of In Vivo Random Mutagenesis and Selection in Vibrio natriegens Result in Substantial
Increases in REE Binding Capacity
URL: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.3c00484#
Abstract
Rare earth elements (REE) are essential ingredients in many modern technologies, yet their purification remains either environmentally harmful or economically unviable. Adsorption, or biosorption, of REE onto bacterial cell membranes offers a sustainable alternative to traditional solvent extraction methods. But in order for biosorption-based REE purification to compete economically, the capacity and specificity of biosorption sites must be enhanced. Although there have been some recent advances in characterizing the genetics of REE-biosorption, the variety and complexity of bacterial membrane surface sites make targeted genetic engineering difficult. Here, we propose using multiple rounds of in vivo random mutagenesis induced by the MP6 plasmid combined with plate-throughput REE-biosorption screening to improve a microbe’s capacity and selectivity for biosorbing REE. We engineered a strain of Vibrio natriegens capable of biosorbing 210% more dysprosium compared to the wild-type and produced selectivity improvements of up to 50% between the lightest (lanthanum) and heaviest (lutetium) REE. We believe that mutations we observed in ABC transporters as well as a nonessential protein in the BAM outer membrane β-barrel protein insertion complex likely contribute to some─but almost certainly not all─of the biosorption changes we observed. Given the ease of finding significant biosorption mutants, these results highlight just how many genes likely contribute to biosorption as well as the power of random mutagenesis in identifying genes of interest and optimizing a biological system for a task.
