プラスチックに生分解性を与える添加剤に適した分解菌が小学校土壌から発見！

同成果は、慶大 理工学部 生命情報学科の二木彩香学部生、慶應義塾 先端科学技術研究センターの黄穎研究員、慶大 理工学部の宮本憲二教授、ピーライフ・ジャパン・インクの冨山績社長、SI樹脂産業の安倍義人氏、伊藤園の内山修二氏らの共同研究チームによるもの。詳細は、2024年11月27～29日にマリンメッセ福岡で開催される「第47回 日本分子生物学会年会」にて、28日に口頭発表される予定だ。

海洋におけるマイクロプラスチック問題など、環境へのプラスチックの流出と蓄積が大きな社会問題となって久しい。プラスチックといってもさまざまな種類があるが、難分解性、特に自然界での微生物分解が非常に困難なことで知られるのが、単純なオレフィンをモノマーとして合成した高分子化合物である、PPやポリエチレンなどのポリオレフィン系プラスチックだ。

そうした中、ポリオレフィン系プラスチックに生分解性を付与する画期的な添加剤として、ピーライフ・ジャパン・インクによって開発されたのがP-Lifeだ。同添加剤が付与されたPPは、徐々に官能基を持つ低分子化合物へと変化。低分子化合物であれば、自然環境に生息する微生物によってゆっくりと代謝分解されるようになる。その代謝分解の検証は、JIS K6955法「プラスチックの土壌中での二酸化炭素量測定による好気的究極生分解度の求め方」に基づき、P-Life添加PPストローの生分解度測定を用いて実施されてきたというが、土中での分解速度が比較的緩やかだったため、通常の手法では分解菌の取得ができなかったという。そこで研究チームは今回、探索源や分離条件を工夫することで分解菌の単離を試みたとする。

2022年10～12月、鎌倉市立西鎌倉小学校において、科学技術振興機構(JST)共創の場形成支援プログラム(COI-NEXT)リスペクトでつながる「共生アップサイクル社会」共創拠点の一環として、「地球に還るストロープロジェクト」が実施された。給食で使用されるプラスチックストローをP-Life添加PPストローに置き換え、微生物の力で分解し土に還す実証実験が行われたのである。実証実験で使用された土壌には優秀な分解菌が存在すると推測され、今回の研究ではその土壌から微生物探索が実施された。

研究チームは分解菌の発見確率を上げるため、あらかじめP-Life添加PPストローを加熱して熱分解処理を実施。そして熱分解処理物を、微生物が食べやすいと考えられるアセトンに可溶な低分子化合物群と、食べ難い不溶の高分子化合物群に分類した上で、西鎌倉小学校で実証実験に使用された土壌から、2つの化合物群を用いて分解菌が探索された。その結果、低分子化合物群から2種類、高分子化合物群から3種類の分解菌をそれぞれ単離することに成功したという。次にそれらの分解菌を用いて、熱処理をしていないP-Life添加PPストローの分解能の評価を実施した結果、ストロー表面に明確な分解痕が確認されたとする。

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  P-Life含有PPストローの表面の電子顕微鏡像。(左)無処理のストロー。(右)微生物処理したストロー(出所:慶大プレスリリースPDF)

その後、さまざまな場所から採集した土壌に、P-Life添加PPストローを加えて1か月後の菌叢を、ストローを加えていないものと比較する実験が実施された。すると、ほとんどすべてのサンプルにおいて、PPストローを加えた時の分解菌の存在割合が大きく増加していたという。つまり、この分解菌がストロー分解の主役であることが強く示唆されたとした。

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  分解菌の網羅的菌叢解析の結果(出所:慶大プレスリリースPDF)

今回の研究により、P-Life添加PPの分解菌を発見し、高い分解能があることが確認された。研究チームは。今回の成果により見出された分解菌とP-Lifeを組み合わせることで、分解効率の大幅な向上が可能となるとしており、これらの分解菌は、難分解性プラスチック問題の解決に向けて重要な貢献を果たすことが期待されるとしている。