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

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。

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。