糖消費速度を感知する代謝センサーシステムの解明

微生物を用いた有用物質の生産には速い糖消費速度が必要である。現在、糖消費速度の向上のために代謝遺伝子の高発現などが行われているが、糖消費速度と中央代謝経路の遺伝子の発現レベルの関係については未だ不明な点が多い。もし中央代謝経路の遺伝子の発現レベルが糖消費速度と連動して変化するのであれば、糖消費速度を感知するセンサーが存在する可能性がある。そこで本研究ではアミノ酸生産菌として工業利用されているコリネ型細菌をモデルとして代謝センサーシステムの解明を行うことを目的とした。コリネ型細菌の野生株ATCC 13032（WT株）に加えて、グルコース消費速度が増加する株としてH+-ATPase活性を低下させたatpG一塩基置換株（atpG-t817c株）を使用した（Sawada et al., J. Biosci. Bioeng. (2012)）。また、グルコース消費速度が低下する株として、グルコースの取り込みとリン酸化に関わるホスホトランスフェラーゼシステムの遺伝子（ptsG）の欠損株を使用した。使用する3株を好気条件下で培養して単位菌体量あたりのグルコース消費速度を算出した結果、atpG-t817c株は野生株より125%増加し、ptsG株は野生株より79%減少した。次に対数増殖期における各株の細胞を採取してmRNAを抽出した後、qRT-PCRにより転写解析を行った。その結果、中央代謝経路の41遺伝子のうち、15遺伝子の発現レベルが糖消費速度と正の相関を示し、3遺伝子の発現レベルが負の相関を示した。以上の結果から、コリネ型細菌において糖消費速度の変化に連動して中央代謝経路の遺伝子の発現レベルが変動することが明らかになった。

微生物を用いた有用物質の生産には速い糖消費速度が必要である。現在、糖消費速度の向上のために代謝遺伝子の高発現などが行われているが、糖消費速度と中央代謝経路の遺伝子の発現レベルの関係については未だ不明な点が多い。もし中央代謝経路の遺伝子の発現レベルが糖消費速度と連動して変化するのであれば、糖消費速度を感知するセンサーが存在する可能性がある。そこで本研究ではアミノ酸生産菌として工業利用されているコリネ型細菌をモデルとして代謝センサーシステムの解明を行うことを目的とした。コリネ型細菌の野生株ATCC 13032（WT株）に加えて、グルコース消費速度が増加する株としてH+-ATPase活性を低下させたatpG一塩基置換株（atpG-t817c株）を使用した（Sawada et al., J. Biosci. Bioeng. (2012)）。また、グルコース消費速度が低下する株として、グルコースの取り込みとリン酸化に関わるホスホトランスフェラーゼシステムの遺伝子（ptsG）の欠損株を使用した。使用する3株を好気条件下で培養して単位菌体量あたりのグルコース消費速度を算出した結果、atpG-t817c株は野生株より125%増加し、ptsG株は野生株より79%減少した。次に対数増殖期における各株の細胞を採取してmRNAを抽出した後、qRT-PCRにより転写解析を行った。その結果、中央代謝経路の41遺伝子のうち、15遺伝子の発現レベルが糖消費速度と正の相関を示し、3遺伝子の発現レベルが負の相関を示した。以上の結果から、コリネ型細菌において糖消費速度の変化に連動して中央代謝経路の遺伝子の発現レベルが変動することが明らかになった。