完全な炭素利用に向けて：ギ酸と水素の同時供給によるメタン収率向上（Methanothermobacter thermautotrophicus ΔHにおける構成的ギ酸脱水素酵素遺伝子発現）

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides a novel genetic strategy to overcome metabolic limitations in formate-to-methane conversion, relevant for bio-based CCU research.

🏢実務担当者:Offers a potential biocatalyst for future industrial methanation processes, but requires further scale-up and economic assessment.

🏛政策担当者:Highlights the potential of biological CCU technologies, supporting R&D funding and pilot projects in the context of national decarbonization strategies.

ギ酸は、炭素回収・利用技術における重要な中間体として浮上している。しかし、その低いエネルギー密度は、エネルギーキャリアとしての価値を制限している。一部の水素資化性メタン生成菌は、ギ酸を確立されたエネルギーキャリアであるメタンへ還元できる。ギ酸の不均化反応の化学量論的制限は、炭素の75%が二酸化炭素として放出されることであり、完全な炭素利用を達成するには水素の共供給が必要である。しかし、水素依存的なギ酸代謝の遺伝子制御により、水素資化性メタン生成菌におけるギ酸と水素の同時利用は阻害される。本研究では、遺伝子改変株Methanothermobacter thermautotrophicus ΔH pMVS1111A:PhmtB-fdh Z-245（pFdh）とM. thermautotrophicus Z-245の触媒性能を、異なる水素濃度での連続培養を用いて比較した。M. thermautotrophicus Z-245は本来ギ酸資化性である一方、M. thermautotrophicus ΔH（pFdh）は、プラスミド由来のギ酸脱水素酵素遺伝子カセットの発現によりギ酸利用を可能にするよう遺伝子工学的に改変された。M. thermautotrophicus ΔH（pFdh）はギ酸と水素を同時に利用できることが判明した。それは、溶存水素濃度0.069 ± 0.004 mMでギ酸を連続的に消費し、76.6% ± 0.9%の炭素利用を可能にした。M. thermautotrophicus Z-245は、溶存水素濃度が約0.02 mMに向かって増加するにつれてギ酸消費が低下し、最大で安定した炭素利用36.2% ± 0.2%に達した。これらの結果は、M. thermautotrophicus ΔH（pFdh）がギ酸代謝の水素依存的な転写制御を大幅に回避することを示唆するが、溶存水素濃度が0.32 mMを超えると、依然として酸化還元関連の代謝的制限に直面する。全体として、これらの知見は、ギ酸代謝の水素誘導性制御を回避する潜在的な戦略を明らかにし、M. thermautotrophicus ΔH（pFdh）をギ酸からメタンへの変換における有望な生体触媒として特定する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Formate is emerging as a relevant intermediate in carbon capture and utilization technologies. However, its low energy density limits its value as an energy carrier. Some hydrogenotrophic methanogens can reduce formate to the established energy carrier methane. The stoichiometric limitation of formate disproportionation is that 75 % of the carbon is released as carbon dioxide, and achieving a complete carbon utilization requires co-feeding hydrogen. However, hydrogen-dependent genetic regulation of formate metabolism inhibits simultaneous formate and hydrogen utilization in hydrogenotrophic methanogens. Here, we compared the catalytic performance of the genetically modified strain Methanothermobacter thermautotrophicus ΔH pMVS1111A:PhmtB-fdh Z-245 (pFdh) with M. thermautotrophicus Z-245 using continuous cultivation at different hydrogen concentrations . While M. thermautotrophicus Z-245 is natively formatotrophic, M. thermautotrophicus ΔH (pFdh) was engineered to enable formate utilization via plasmid-borne expression of a formate dehydrogenase-gene cassette. We found that M. thermautotrophicus ΔH (pFdh) can simultaneously utilize formate and hydrogen. It continuously consumed formate at a dissolved hydrogen concentration of 0.069 ± 0.004 mM, enabling a 76.6 % ± 0.9 % carbon utilization. M. thermautotrophicus Z-245 showed declining formate consumption as the dissolved hydrogen concentration increased toward approximately 0.02 mM and reached a maximum stable carbon utilization of 36.2 % ± 0.2 %. These results suggest that M. thermautotrophicus ΔH (pFdh) largely bypasses hydrogen-dependent transcriptional control of formate metabolism; however, it still faces redox-related metabolic limitations at dissolved hydrogen concentrations above 0.32 mM. Overall, the findings reveal a potential strategy to circumvent hydrogen-induced regulation of formate metabolism and identify M. thermautotrophicus ΔH (pFdh) as a promising biocatalyst for formate-to-methane conversion.

• openalex https://doi.org/10.1016/j.biortech.2026.135368first seen 2026-08-09 05:12:55