低濃度CO2で⽣分解性プラスチックの微⽣物⽣産を促進ー⾮可燃性混合ガスを⽤いた 安全かつ⾼効率なCO₂資源化プロセスの実現に期待ー

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2026-06-22 東京科学大学

東京科学大学の研究グループは、水素酸化細菌Ralstonia eutrophaを用いたCO₂由来の生分解性プラスチック生産において、供給ガス中のCO₂濃度を低くすることで生産効率が大幅に向上することを明らかにした。研究では、水素濃度を爆発下限界(4 vol%)未満の3.8 vol%に抑えた非可燃性混合ガスを用い、安全性を確保しながらポリ(3-ヒドロキシブタン酸)[P(3HB)]の生産を評価した。その結果、高濃度CO₂条件(13.4 vol%)よりも低濃度CO₂条件(1.4 vol%)で菌体増殖とP(3HB)生産量が増加し、CO₂利用効率は11.8倍に向上した。さらに、CO₂と重炭酸イオンの変換を担う炭酸脱水酵素の発現を増強した菌株では、P(3HB)蓄積量と細胞内含有率がさらに増加した。本成果は、低濃度CO₂排ガスを直接利用できる可能性を示すものであり、温室効果ガス削減と生分解性プラスチック製造を両立する安全かつ高効率なCO₂資源化技術の実現に貢献すると期待される。

低濃度CO2で⽣分解性プラスチックの微⽣物⽣産を促進ー⾮可燃性混合ガスを⽤いた 安全かつ⾼効率なCO₂資源化プロセスの実現に期待ー

図1. 研究の内容を示す概念図

<関連情報>

低CO2濃度がラルストニア・ユートロファH16によるポリ[(R)-3-ヒドロキシ酪酸]の独立栄養生産に及ぼす影響と炭酸脱水酵素の相乗効果 Impact of Low CO2 Concentration on Autotrophic Production of Poly[(R)-3-hydroxybutyrate] by Ralstonia eutropha H16 and Synergistic Effect of Carbonic Anhydrase

Chih-Ting Wang,Ramamoorthi M. Sivashankari,Yuki Miyahara,and Takeharu Tsuge

ACS Sustainable Chemistry & Engineering  :Published April 16, 2026

DOI:https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.6c00126

Abstract

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are bacterial polyesters, and poly[(R)-3-hydroxybutyrate] [P(3HB)] is a member of PHAs, with promising applications as a biodegradable plastic. Ralstonia eutropha H16, a hydrogen-oxidizing chemoautotroph, can biosynthesize P(3HB) using CO2 as a sole carbon source under autotrophic culture conditions. This study investigated the effects of CO2 concentrations on autotrophic cell growth and P(3HB) production when continuously supplying noncombustible gas mixtures composed of H2 (3.8 vol %), O2 (7 vol %), CO2 (1.4–13.4 vol %), and N2 (balance gas). Under low CO2 conditions (1.4 vol %), P(3HB) biosynthesis was significantly enhanced more than under higher CO2 conditions, reaching 2.71 g/L P(3HB) concentration and 77 wt % P(3HB) content after 144 h of cultivation. Furthermore, β-class carbonic anhydrase (Can), an enzyme that catalyzes the reversible hydration of CO2 to bicarbonate in the cell, was expressed at higher levels by using plasmid-based expression. As a result, enhanced P(3HB) biosynthesis was observed only under low CO2 conditions, reaching 2.92 g/L P(3HB) concentration and 81 wt % P(3HB) content. This result suggests that Can plays an important role under low CO2 conditions. The molecular weight of P(3HB) varied with the CO2 concentration of the supplied gas, whereas the increased Can expression had almost no effect. This study demonstrates that low CO2 conditions combined with increased Can expression synergistically promote P(3HB) biosynthesis in R. eutropha H16.

生物化学工学
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