NBRCニュース　第９８号

　世界中の海に漂うプラスチックごみが海洋生物や自然環境に悪影響を与えていることが問題になっています。これまで使用されてきたプラスチック製品の素材の多くは海に流失しても完全には分解されず環境に蓄積されていってしまうため、これらに代わる「生分解性プラスチック」が注目されています。

   生分解性プラスチックとは、環境中で微生物などの働きにより最終的に水と二酸化炭素に分解される（生分解）プラスチックのことをいいます。 実はこれらの中にも海ではほとんど生分解が進行せず、長期間残ってしまうものがあります。確実に生分解されるプラスチック素材を開発するためには、海でどのように生分解されるかを理解する必要があります。

   こうした課題を背景に、我々は「海でプラスチックを生分解できる新しい微生物」を発見しました。この発見は、海洋プラスチックごみ問題の解決に向けた大きな一歩になるかもしれません。
   はじめに、市販されているPBSA（Poly(butylene succinate-co-butylene adipate)）やPCL（Polycaprolactone）などの生分解性プラスチックを海に沈めて数週間後に回収し（図1）、その表面に付着した微生物をボルテックスで剥がした後（図2）、有機溶媒で溶かした（乳化）生分解性プラスチックを混合した寒天培地に接種しました。乳化培地で微生物が生育するとコロニーを形成しますが、生分解性プラスチックを生分解できる微生物はコロニーの周囲に「透明な輪（ハロー）」を作ります（図3）。それを手がかりに選び出した微生物の中から、これまで知られていなかった新しいグループの微生物株を発見し、Aurantivibrio属と名付けました(1)。
   Aurantivibrio属はオレンジ色の小さな細菌です。今回見つかったのは Aurantivibrio plasticivorans と A. infirmus の2種です。名前の由来は「プラスチックを食べる（plasticivorans）」と「弱々しい（infirmus）」という意味です。どちらも日本の沿岸（鹿児島、広島）に沈めた生分解性プラスチックの表面から見つかりました。この細菌たちは、PBSAを分解できる能力を持っており、実験では、A. plasticivorans が3週間でPBSAフィルムの重さを16％減らすことが確認されました。
   さらに、Aurantivibrio属は日本近海だけでなく、微生物叢解析によりフランスやオーストラリアなど世界各地の海から検出されており、グローバルに存在する可能性があります。

   今回の研究成果は、海洋環境に生息し生分解性プラスチックを生分解できる新しいグループの微生物を発見したことです。この発見は、海洋プラスチックごみ問題の解決に向けた「自然の力」を解明するヒントになります。こうした微生物の働きを理解し、環境負荷の少ないプラスチック素材の設計に応用できれば、持続可能な社会に近づくことができます。

◇Aurantivibrio属について
・系統的位置と特徴
   Aurantivibrio属は、Gammaproteobacteria綱のCellvibrionaceae科に属します。16S rRNA遺伝子塩基配列解析では、既知のGilvimarinus属と近縁でしたが塩基配列の相同性は94％程度と低く生理性状も異なる部分が多いことから新属として提案し受理されました。この科には、セルロースやアガーなど複雑な多糖類を分解する海洋細菌が多く含まれます。また、メタゲノム解析などから本科に属する細菌が生分解性プラスチックの分解に関わることが示唆されていましたが(2)、我々の知る限り、この科に属する分離株を用いて実験的にPBSA分解能を持つことを示したのは今回が初めてです。

・分解活性と関連遺伝子の解析
   分解試験では、PBSAに対して顕著な分解活性を示しました。ゲノム解析から、α/βハイドロラーゼファミリーに属する複数の遺伝子が確認されました。これらのうちの一部は既知のPBSA分解酵素と部分的な相同性を有するため、プラスチック分解の鍵を握っていると考えられます。一方で、PBSAやPCLとは異なる種類の生分解性プラスチックであるPHBH（Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate））に対する分解活性は確認できませんでした。これは、PHBHの分解に関わる酵素群のうち、細胞外で機能する酵素遺伝子が見いだされなかったことと関係するものと考えられました。

・生態的な特徴
   Aurantivibrio属は、日本沿岸だけでなく、フランスやオーストラリアの海に沈めたプラスチック表面の微生物叢解析からも検出されています。しかし、これらのデータセットにある海水の解析データからは検出されていないことから、海水中にはごくわずかな数しか存在していない微生物です。つまり、Aurantivibrio属は海洋に漂うプラスチックに付着し、生分解できるプラスチックの場合はそれを生分解することで優占的に増殖していると考えられます。

◇NBRCに寄託されているAurantivibrio属について
   A. plasticivorans：NBRC 116180^T、NBRC 116494、NBRC 116495
   A. infirmus：NBRC 116181^T、NBRC 116492、NBRC 116493