適応的実験室進化による産業微生物のエネルギー欠乏への潜在的な適応能力の解明

通过适应性实验室进化阐明工业微生物对能源缺乏的潜在适应能力

• 批准号: 21K06142
• 负责人: 前田 智也
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K06142/
• 关键词: 中枢代謝; 適応的実験室進化; 酸化的リン酸化; 大腸菌; コリネ型細菌; 呼吸鎖

本研究では、発酵産業に重要な大腸菌やコリネ型細菌の発酵生産効率の向上を目的として、中枢代謝が活性化している様々な呼吸鎖酵素欠損株の適応的実験室進化を行うことで、産業微生物の細胞増殖と目的物質生産のバランスを最適化させる方法を明らかにすることを最終目的としている。大腸菌やコリネ型細菌において、酸化的リン酸化の阻害によるエネルギー欠乏の誘導が糖代謝などの中枢代謝を活性化させる一方、著しい増殖悪化を引き起こすことが先行研究から明らかにされている。昨年度は、大腸菌野生株MG1655株およびその呼吸鎖関連遺伝子欠損株として、NADHデヒドロゲーゼNDH-I の単独欠損株（Δnuo株）、2種類のNADHデヒドロゲーゼNDH-IとNDH-IIの二重欠損（ΔnuoΔndh株）、NDH-Iとシトクロムboオキシダーゼの二重欠損株（ΔnuoΔcyo株）、シトクロムboオキシダーゼとNADHとNADPHを相互変換するトランスヒドロゲナーゼSthAの二重欠損株（ΔcyoΔsthA株）について、それぞれ酢酸最少培地を用いた適応的実験室進化を行った。これらの変異株は酢酸を唯一の炭素源とした場合、生育できない、または著しく生育が阻害される一方、適応的実験室進化で得られた進化株はいずれも生育の回復もしくは生育速度の向上が確認された。今年度は、適応的実験室進化で得られた進化株20株（各株につき4つの独立進化系列から単離された進化株クローン）の全ゲノムリシーケンス解析を行い、エネルギー欠乏に適応するために必要な獲得変異を同定する事に成功した。

This study aims to improve the fermentation production efficiency of Escherichia coli and Escherichia coli, which are important in fermentation industry, and to activate central metabolism, and to optimize the cell growth and target substance production of industrial microorganisms. Escherichia coli is the first type of bacteria to develop in the world. It is the first type of bacteria to develop in China. Last year, E. coli wild strain MG1655 was found to be deficient in NDH-I and NDH-II, NADH deficient in NDH-I and NDH-II, and NADH deficient in NDH-I and NDH-II.(ΔnuoΔndh strain), NDH-I, NADPH and NADH are mutually exchanged, and the evolution of NADPH in the double deficient strain of SthA is carried out. In this case, the only carbon source of the plant is the reproduction, the reproduction and the recovery of the plant. This year, 20 strains (4 independent evolution series of each strain) were obtained from the evolution of the appropriate laboratory, and all the required strains were analyzed successfully.

项目成果

大腸菌におけるエネルギーおよび酸化還元レベルと 表現型の関係

大肠杆菌能量和氧化还原水平与表型之间的关系

• 发表时间: 2022
• 作者: 前田 智也

実験室進化による大腸菌のエネルギーおよび 酸化還元バランスの不均衡化に対する適応機構の解明

通过实验室进化阐明大肠杆菌对能量和氧化还原失衡的适应机制

• 发表时间: 2023
• 作者: 山上 晃汰郎 ;小谷 葉月 ;吹谷 智 ;古澤 力 ;前田 智也
• 通讯作者: 前田 智也

大腸菌の呼吸鎖変異株におけるグルタミン酸脱水素酵素及び、グルタミン酸合成酵素の欠損がグルタミン酸異常蓄積に及ぼす影響

谷氨酸脱氢酶和谷氨酸合酶缺陷对大肠杆菌呼吸链突变体异常谷氨酸积累的影​​响

• 发表时间: 2021
• 作者: 今壮太;前田智也;吹谷智;和田大;横田篤
• 通讯作者: 横田篤

呼吸鎖変異大腸菌株を用いたグルコースからのGABAの高生産

使用呼吸链突变型大肠杆菌菌株从葡萄糖中大量生产 GABA

• 发表时间: 2022
• 作者: 若原洋輝;溝越拓哉;前田智也;吹谷智;横田篤
• 通讯作者: 横田篤