微生物による再生可能プラスチック製造戦略(Microbial Strategy for Renewable Plastic)

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2025-10-31 マックス・プランク研究所

マックス・プランク陸上微生物学研究所(マールブルク)のヨハネス・レーベライン博士率いるチームは、細菌 Rhodospirillum rubrum が生産する酵素「メチルチオアルカンレダクターゼ(MTA reductase)」が、酸素を必要とせずCO₂を排出せずにエチレンを生成する仕組みを解明した。エチレンはプラスチックの主要原料だが、現在は化石燃料由来で生産され、多量の温室効果ガスを放出している。本研究では、MTAレダクターゼを精製し、触媒活性・分光特性・立体構造を解析。その結果、この反応が「鉄硫黄クラスター」という、地球最古の酵素群で見られる構造によって駆動されていることを発見した。これにより、生命初期の代謝経路にも関連する新しい生化学メカニズムが示唆された。この成果は、再生可能資源からCO₂フリーでエチレンを製造する生物触媒技術の基盤を提供し、プラスチック生産の脱炭素化に寄与する可能性がある。

微生物による再生可能プラスチック製造戦略(Microbial Strategy for Renewable Plastic)
In the absence of oxygen, the enzyme methylthioalkane reductase produced by the bacterium Rhodospirillum rubrum generates ethylene, an essential component in the production of plastics, without releasing carbon dioxide.© MPI f. Terrestrial Microbiology/ Geisel

<関連情報>

メチルチオアルカン還元酵素は窒素固定酵素メタロクラスターを用いて炭素-硫黄結合を切断する Methylthio-alkane reductases use nitrogenase metalloclusters for carbon–sulfur bond cleavage

Ana Lago-Maciel,Jéssica C. Soares,Jan Zarzycki,Charles J. Buchanan,Tristan Reif-Trauttmansdorff,Frederik V. Schmidt,Stefano Lometto,Nicole Paczia,Jan M. Schuller,D. Flemming Hansen,Gabriella T. Heller,Simone Prinz,Georg K. A. Hochberg,Antonio J. Pierik & Johannes G. Rebelein
Nature Catalysis  Published:23 October 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41929-025-01426-2

Abstract

Methylthio-alkane reductases convert methylated sulfur compounds to methanethiol and small hydrocarbons, a process with important environmental and biotechnological implications. These enzymes are classified as nitrogenase-like enzymes, despite lacking the ability to convert dinitrogen to ammonia, raising fundamental questions about the factors controlling their activity and specificity. Here we present the molecular structure of the methylthio-alkane reductase, which reveals large metalloclusters, including the P-cluster and the [Fe8S9C]-cluster, previously found only in nitrogenases. Our findings suggest that distinct metallocluster coordination, surroundings and substrate channels determine the activity of these related metalloenzymes. This study provides new insights into nitrogen fixation, sulfur-compound reduction and hydrocarbon production. We also shed light on the evolutionary history of P-cluster and [Fe8S9C]-cluster-containing reductases emerging before nitrogenases.

生物化学工学
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