2026/04/28 更新

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ツゲ タケハル
柘植 丈治
TSUGE TAKEHARU
所属
物質理工学院 教授
職名
教授

News & Topics

学位

  • 博士(農学) ( 九州大学 )

研究分野

  • ものづくり技術(機械・電気電子・化学工学) / バイオ機能応用、バイオプロセス工学

  • ナノテク・材料 / 高分子化学

学歴

  • 九州大学   農学部   食糧化学工学科

    - 1995年

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    国名: 日本国

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経歴

  • 東京科学大学   物質理工学院   教授

    2024年10月 - 現在

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    国名:日本国

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  • 東京工業大学   物質理工学院   教授

    2024年6月 - 2024年9月

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    国名:日本国

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  • -:東京工業大学 准教授

    2009年

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  • -:Tokyo Institute of Technology Associate Professor

    2009年

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所属学協会

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論文

  • Biodegradability of oxidized films of polyhydroxyalkanoate copolymers containing 2-hydroxy-4-methylthiobutyrate unit in seawater

    Zihan Qie, Kazuho Kosuge, Tetsuo Sakurai, Sivashankari M Ramamoorthi, Yuki Miyahara, Takeharu Tsuge

    Polymer Degradation and Stability   2024年11月

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2024.110975

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  • Polyhydroxyalkanoate Copolymer Production by Recombinant Ralstonia eutropha Strain 1F2 from Fructose or Carbon Dioxide as Sole Carbon Source 国際誌

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

    Bioengineering   11 ( 5 )   2024年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Ralstonia eutropha strain H16 is a chemoautotrophic bacterium that oxidizes hydrogen and accumulates poly[(R)-3-hydroxybutyrate] [P(3HB)], a prominent polyhydroxyalkanoate (PHA), within its cell. R. eutropha utilizes fructose or CO2 as its sole carbon source for this process. A PHA-negative mutant of strain H16, known as R. eutropha strain PHB-4, cannot produce PHA. Strain 1F2, derived from strain PHB-4, is a leucine analog-resistant mutant. Remarkably, the recombinant 1F2 strain exhibits the capacity to synthesize 3HB-based PHA copolymers containing 3-hydroxyvalerate (3HV) and 3-hydroxy-4-methyvalerate (3H4MV) comonomer units from fructose or CO2. This ability is conferred by the expression of a broad substrate-specific PHA synthase and tolerance to feedback inhibition of branched amino acids. However, the total amount of comonomer units incorporated into PHA was up to around 5 mol%. In this study, strain 1F2 underwent genetic engineering to augment the comonomer supply incorporated into PHA. This enhancement involved several modifications, including the additional expression of the broad substrate-specific 3-ketothiolase gene (bktB), the heterologous expression of the 2-ketoacid decarboxylase gene (kivd), and the phenylacetaldehyde dehydrogenase gene (padA). Furthermore, the genome of strain 1F2 was altered through the deletion of the 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase gene (hbdH). The introduction of bktB-kivd-padA resulted in increased 3HV incorporation, reaching 13.9 mol% from fructose and 6.4 mol% from CO2. Additionally, the hbdH deletion resulted in the production of PHA copolymers containing (S)-3-hydroxy-2-methylpropionate (3H2MP). Interestingly, hbdH deletion increased the weight-average molecular weight of the PHA to over 3.0 × 106 on fructose. Thus, it demonstrates the positive effects of hbdH deletion on the copolymer composition and molecular weight of PHA.

    DOI: 10.3390/bioengineering11050455

    PubMed

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  • Tacticity Characterization of Biosynthesized Polyhydroxyalkanoates Containing (S)- and (R)-3-Hydroxy-2-Methylpropionate Units 国際誌

    Maierwufu Mierzati, Yuki Miyahara, Blanche Curial, Christopher T. Nomura, Seiichi Taguchi, Hideki Abe, Takeharu Tsuge

    Biomacromolecules   25 ( 1 )   444 - 454   2024年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Polyhydroxyalkanoates (PHAs), aliphatic polyesters synthesized by microorganisms, have gained considerable attention as biodegradable plastics. Recently, α-carbon-methylated PHAs have been shown to exhibit several interesting properties that differ from those of conventional PHAs, such as their crystallization behavior and material properties. This study investigated α-carbon methylated (S)- and (R)-3-hydroxy-2-methylpropionate (3H2MP) as new repeating units. 3H2MP units were homopolymerized or copolymerized with (R)-3-hydroxybutyrate (3HB) by manipulating the culture conditions of recombinant Escherichia coli LSBJ. Consequently, PHAs with 3H2MP units ranging from 5 to 100 mol % were synthesized by external addition of (R)- and (S)-enantiomers or the racemic form of 3H2MPNa. The (S)-3H2MP precursor supplemented into the culture medium was almost directly polymerized into PHA while maintaining its chirality. Therefore, a highly isotactic P(3H2MP) (R:S = 1:99) was synthesized, which displayed a melting temperature of 114-119 °C and a relatively high enthalpy of fusion (68 J/g). In contrast, in cultures supplemented with (R)-3H2MP, the precursor was racemized and polymerized into PHA, resulting in the synthesis of the amorphous polymer atactic P(3H2MP) (R:S = 40:60). However, racemization was not observed at a low concentration of the (R)-3H2MP precursor, thereby synthesizing P(3HB-co-8 mol % 3H2MP) with 100% (R)-3H2MP units. The thermogravimetric analysis revealed that the thermal degradation temperatures at 5% weight loss of P(3H2MP)s occurred at approximately 313 °C, independent of tacticity, which is substantially higher than that of P(3HB) (257 °C). This study demonstrates a new concept for controlling the physical properties of biosynthesized PHA by manipulating the polymers' tacticity using 3H2MP units.

    DOI: 10.1021/acs.biomac.3c01069

    PubMed

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 二酸化炭素資化独立栄養水素酸化細菌を用いた共重合ポリヒドロキシアルカン酸合成技術の開発

    2022年 - 2025年

    科学技術振興機構  産学が連携した研究開発成果の展開 研究成果展開事業 研究成果最適展開支援プログラム(A-STEP) 産学共同(本格型) 

    柘植 丈治

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    ゲノム編集された独立栄養水素酸化細菌により、二酸化炭素と水素を原料として特定の共重合成分を導入した高純度・高品質の新規共重合型ポリヒドロキシアルカン酸(PHA)を、安全かつ高い生産性で、より大きなスケールで製造する一貫生物合成技術を確立する。この技術により、カーボンニュートラルに寄与し、来るべき水素社会にも親和性が高く、さらに海洋プラスチックごみ問題の解決にもつながる、実用安定性と海洋生分解性を兼ね備えた革新的な海洋生分解性プラスチックを提供する。

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    J-GLOBAL

  • 人工代謝系構築による微生物ポリエステルの生合成法開発と材料物性評価

    研究課題/領域番号:21H03640  2021年4月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    柘植 丈治

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    配分額:17550000円 ( 直接経費:13500000円 、 間接経費:4050000円 )

    微生物が合成するポリヒドロキシアルカン酸(PHA)は、海中でも分解される生分解性プラスチックとして、その利用に注目が集まっている。微生物が合成するPHAのうち、3-ヒドロキシ-2-メチルブタン酸(3H2MB)を含むポリマーは、融点が高く、耐熱性に優れた高性能な生分解性プラスチックとして使用できる。しかし、このポリマーは僅かな量しか合成できないため、本研究では3H2MBを含むポリマーを高収量で生産する方法を確立することを目的とする。
    初年度は、新規なケトチオラーゼを用いて生合成経路を組換え大腸菌内に構築することで、3H2MBユニットをグルコースとプロピオン酸を炭素源として合成することを試みた。ケトチオラーゼは基質特性がことなるものがいくつか知られているが、その中で3H2MB前駆体をアセチルCoAとプロピオニルCoAの縮合で生成することができる酵素があることを確認した。しかしながら、この酵素は3H2MB前駆体の生成よりも、プロピオニルCoA同士の縮合により生成される3-ヒドロキシ-2-メチルバレリン酸(3H2MV)前駆体の反応の方が優勢であり、PHA中の3H2MB分率は低い値に留まっていた。炭素源の供給法などの培養条件を種々検討したが、現時点では3H2MB分率を大幅に増やすことはできなかった。今後、核磁気共鳴(NMR)分析により合成された共重合体ポリマーの組成を正確に決定する。また、ゲルろ過クロマトグラフィー(GPC)による分子量測定を行い、合成されたポリマーの分子量についても調査する予定である。

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