バイオ光触媒シナジーにより設計改変メタン酸化細菌でのCH₄およびCO₂の水素および4-ヒドロキシ安息香酸への高付加価値化が可能に

要旨 分散型の一炭素鎖（C₁）資源を高付加価値製品に変換することは、資源回収と炭素削減の二重効果から大きな注目を集めている。メタン（CH₄）と二酸化炭素（CO₂）を共変換する課題に対処するため、我々は生体合成と光触媒を相乗的に統合した太陽駆動バイオハイブリッドシステムを開発した。このシステムの中核は、遺伝子改変されたメタン酸化細菌のセルファクトリーと新規に設計した生体適合性光触媒金属錯体に依存する。メタン酸化細菌はCH₄を主原料として4-ヒドロキシ安息香酸（4HBA）を生合成しつつ、CO₂の隔離を実現する。一方、光触媒金属錯体は細胞の代謝副産物であるホルミル酸を捕捉して水素（H₂）と光電子を生成し、この光電子は遺伝子改変細胞の細胞活動を支える還元力として直接供給される。最適条件下で、この太陽駆動システムは4HBA濃度472.36 µg/L、水素収率0.59 mmol H₂/mol CH₄、炭素排出量50%以上の削減を達成した。本研究はC₁ガスフィードストックのアップサイクル向けの実現可能なバイオ製造戦略を確立するとともに、生物学的技術と光化学技術の統合により持続可能なエネルギーおよび環境ソリューションを推進する潜在力を示している。