编译来源：日本科学技术振兴机构（ＪＳＴ）7月16日新闻稿
自20世纪前半起所开发出的许多塑胶材质，是现代生活不可或缺的材料。以石化资源为原料的塑胶，将来可能面临资源枯竭或价格高涨等问题，而且自然界所无法分解的塑胶，更会增加环境的负担。(图片来源：维基百科)
自20世纪前半起所开发出的许多塑胶材质，是现代生活不可或缺的材料。以石化资源为原料的塑胶，将来可能面临资源枯竭或价格高涨等问题，而且自然界所无法分解的塑胶，更会增加环境的负担。
因此以生物资源为原料，可被生物降解并能再生利用的「生物塑胶」，其需求增加。但是与以石化资源为原料所生产的塑胶相比，其生产成本较高，因而妨碍它的普及程度。例如以最具代表性的生物塑胶「聚羟基烷酸」而言，虽已能进行工业规模的生产，但因为是以糖或油脂作为原料，不仅有生产成本的问题，也面临能源供给，资源枯竭或糖类价格变动等许多问题。
因此日本科学技术振兴机构的研究团队对进行光合作用产生氧气的原核生物「蓝绿藻」在氮或磷缺乏状态下，合成聚羟基丁酸酯感到高度兴趣。蓝绿藻能吸收二氧化碳进入菌体内，藉由光合成反应，直接利用光源做为能量来源，可能是生产聚羟基丁酯的理想方式。但是使用蓝绿藻与目前生产生物塑胶的微生物相比，其产量少了10倍以上。至目前研究为止，虽已解析出蓝绿藻合成多聚羟基丁酯的路径，但是对于如何调控聚羟基丁酯合成基因的转录机制，来增加产量仍有许多未知的部分，因此希望解开其调控机制。
该研究团队关注于最广为研究的蓝绿藻之SigE蛋白质，已知与肝醣分解基因的控制有关，为碳代谢整体过程的控制因子。经由过去研究人员进行大规模的转录解析，显示SigE蛋白质可能与聚羟基丁酸酯基因的转录控制有关，过量表现的SigE 可提高乙醯辅脢A和有机酸，例如柠檬酸盐的代谢水平，因此以SigE 因子为标的进行代谢工程，製作出一蓝绿藻品系，可以产生过量的SigE蛋白质，并分析其对聚羟基丁酸酯合成的影响。
研究结果发现，在SigE蛋白质过度表现的状态下，不但肝醣分解酵素增加，聚羟基丁酸酯合成酵素的转录量与蛋白质量也都增加。
实际上蓝绿藻在缺乏氮气状态下，因SigE蛋白质过度表现，聚羟基丁酸酯合成量增加约2.5倍。也发现因SigE蛋白质增加，聚羟基丁酸酯合成路径以外的碳化合物，葡萄糖-6-磷酸或醋酸等也增加。
今后如能减少次要路径的代谢产物，有希望获得更高的聚羟基丁酸酯产量。本研究成果解析出聚羟基丁酸酯生物合成基因的转录控制机制，对如何高效率生产聚羟基丁酸酯有所助益。先前的代谢工程学着重于代谢酵素层次的改变，此研究成功改变策略，提出调控转录的控制因子，今后如能进一步提高聚羟基丁酸酯产量，将提供透过光与二氧化碳来进行生产生物塑胶的技术，期待未来应用于建立环保社会。
（本文由国科会补助「新媒体科普传播实作计画」执行团队撰稿／2013年11月）
