酵母における新規キシロース同化経路の構築およびナイロンモノマー発酵生産への応用

新型酵母木糖同化途径的构建及其在尼龙单体发酵生产中的应用

• 批准号: 21J10891
• 负责人: 湯川 貴弘
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J10891/
• 关键词: 酵母; キシロース; xylonate dehydratase; 鉄硫黄タンパク質; XylD; Weimberg pathway; 3,4-dihydroxybutyrate; 3-hydroxybutyrolactone

本研究は、新規キシロース同化経路を介して合成される2-ケトグルタル酸を出発基質として、木質系バイオマスから得られるグルコースとキシロースからナイロ ンモノマーであるカプロラクタムを生産する計画であった。研究開発の進展により、独自技術である酵母を宿主としたキシロースの新規同化経路構築の技術を深化させる必要があることが分かった。そこで、本年度では、主要な中間生成物であるキシロネートの蓄積を避けるため、新規同化経路を構成する重要酵素であるxylonate dehydratase（XylD）の改良を試みた。キシロネートから2-keto-3-deoxy-xylonateへの反応を触媒する酵素XylDは、鉄硫黄クラスターと呼ばれる金属錯体を酵素活性に要する鉄硫黄タンパク質であることが知られている。特に、真核生物である酵母を宿主とした際、原核生物由来の鉄硫黄タンパク質の発現が困難であり、その酵素活性が極めて低いことが知られていた。本研究では、NCBIに登録されてる全ての酵素XylDのアミノ酸配列を抽出し、系統樹を作成することでその膨大な配列を分類した。系統分類の結果から、8つのXylDのアミノ酸配列を選定し酵素活性測定を行った。その結果、従来まで新規キシロース同化経路の構築に用いられてきたCaulobacter crescuntus由来のXylDと比較して、Rhizobium miluonenseおよびPseudooceanicola antarcticus由来のXylDが酵母内で約30倍高い活性を示すことを明らかにした。この研究成果は、酵母を宿主とした新規キシロース同化経路の活用を更に加速するものである。

This study is aimed at creating a new pathway for the synthesis of 2-hydroxy-2-hydroxy-3-hydroxy-4-hydroxy-3-hydroxy-4 - 4-hydroxy-4-hydroxy-3 - 4-hydroxy-4 - 4-hydroxy-4-hydroxy-4 - 4-hydroxy-4 The progress of research and development is necessary to deepen the technology of yeast host and new assimilation system construction. This year, the main intermediate product is the accumulation of xylonate dehydrogenase (XylD), which is an important enzyme in the new assimilation pathway. The enzyme XylD, which catalyzes the reaction of 2-keto-3-deoxy-xylonate and iron sulfur, is essential for the enzyme activity of metal complexes. In particular, eukaryotic yeast hosts are difficult to produce, and enzyme activity is extremely low. In this study, the complete sequence of XylD was extracted and the phylogenetic tree was constructed. The results of systematic classification include: 8. XylD acid alignment, enzyme activity determination, etc. As a result, XylD derived from Caulobacter crescuntus and Rhizobium miluonense and XylD derived from Pseudooceanicola antarcus are about 30-fold more active in yeast than XylD. The results of this research are expected to accelerate the utilization of yeast assimilation pathways.

项目成果

University of Illinois(米国)

伊利诺伊大学（美国）

Enhanced production of 3,4‐dihydroxybutyrate from xylose by engineered yeast via xylonate re‐assimilation under alkaline condition

• DOI: 10.1002/bit.28278
• 发表时间: 2022-11
• 期刊: Biotechnology and Bioengineering
• 影响因子: 3.8
• 作者: Takahiro Yukawa;Takahiro Bamba;Mami Matsuda;Takanobu Yoshida;K. Inokuma;Jungyeon Kim;Jae Won Lee;Yong‐Su Jin;Akihiko Kondo;T. Hasunuma

酵母における鉄代謝工学の開発と新規キシロース同化経路構への応用

酵母铁代谢工程的进展及其在新木糖同化途径结构中的应用

• 发表时间: 2021
• 作者: Yoshinari Yuto;Kosakamoto Hina;Kamiyama Takumi;Hoshino Ryo;Matsuoka Rena;Kondo Shu;Tanimoto Hiromu;Nakamura Akira;Obata Fumiaki;Niwa Ryusuke;湯川隆弘
• 通讯作者: 湯川隆弘