Identification of rate limiting step in metabolic pathway for bioproductions based on genome scale model

基于基因组规模模型识别生物生产代谢途径中的限速步骤

• 批准号: 19H00839
• 负责人: 清水 浩
• 金额: $ 26.29万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19H00839/
• 关键词: ゲノムスケール代謝モデル; 有用物質生産; 指向性進化; 代謝フラックス

生物の代謝システムは複雑なネットワークであり、目的物質生産にとって最適な代謝状態をデザインするのは容易ではない。また、未知の代謝物質-酵素の相互作用による制御が沢山あることが分かってきており、これらが代謝経路の様々な箇所において律速点となっている。これは生物の恒常性には必要な機能ではあるが、物質生産の目的には不要であり、目的物質の生産性の向上の障害となっている。本研究では、細胞増殖と目的物質の生産が連動するように代謝をデザインすることで、増殖を選択圧とした指向性進化を行い、基質から目的物質への合成経路に潜む律速点を解消することを目的とした。大腸菌についての代謝反応に関する化学量論情報を整備したゲノムスケールモデルを利用することを考えた。フラックスバランス解析を用いて、増殖速度を最大にする代謝フラックス分布を求める方法を検討した。遺伝子操作によってデザインした代謝経路を実装し、進化プロセスで生じた変異やその機能を解析することで、この経路の律速点やその解消法について検討することとした。これまでに、ゲノムスケールの代謝を議論できる代謝モデルの整備と目的物質を生産する大腸菌の代謝経路をデザインを検討した。基質の設定や目的物質の設定を行って、細胞増殖と目的物質の生産が連動するように代謝を設計し必要な代謝経路の導入、不要な経路の削除を行い、有用物質生産のための基盤株をデザインを開始した。このモデルベースのデザインに従って、実際に株を構築した。また、実験室進化を行うことによって、基質の取り込みや増殖速度の上昇した進化株の取得を試みた。複数の菌株を構築し、進化実験を行った。

The metabolic system of organisms is easy to reproduce and optimize for the production of target substances. The interaction of unknown metabolism-enzyme is controlled by the speed of metabolism. The constant nature of living things, the purpose of substance production, the upward obstacle of substance production The aim of this study is to investigate the interaction between cell proliferation and production of target substances, and to determine the potential for growth and development of target substances. Coliform metabolism related to chemical theory information should be prepared The method for determining the metabolic rate distribution is discussed. The function of the metabolic pathway is analyzed in the context of the operation of the pathway, the evolution of the pathway, the speed of the pathway, and the elimination of the pathway. The metabolic pathway of Escherichia coli, which produces the target substance, is discussed. Setting of substrate and setting of target substance, interaction between cell proliferation and production of target substance, design of necessary metabolic pathway, elimination of pathway, and initiation of substrate strain for production of useful substance This is the first time I've ever seen such a thing. The growth rate of the substrate is increasing. A plurality of strains are constructed and evolved.

项目成果

In silico Design of Metabolic Pathways and Adaptive Laboratory Evolution for Improvement of Valuable Compounds Production

代谢途径的计算机设计和适应性实验室进化以改进有价值的化合物生产

• 发表时间: 2019
• 作者: Hagawa Hitomi;Imai Kento;Gao Ziwei;Taniguchi Masayuki;Shimizu Kazunori;Honda Hiroyuki;Shimizu Hiroshi
• 通讯作者: Shimizu Hiroshi

In silico Metabolic Pathway Design and Experimental Flux Analysis for Creation of Microbial Cell Factory

用于创建微生物细胞工厂的计算机代谢途径设计和实验通量分析

• 发表时间: 2019
• 作者: Takamichi Matsuno;Yumi Saito;Quansheng Guo;Takao Mori;Makoto Kashiwagi;Atsushi Shimojima;Hiroaki Wada;and Kazuyuki Kuroda;乾晴行;Shimizu Hiroshi
• 通讯作者: Shimizu Hiroshi