Development of a novel technology to regulate branched metabolic pathway by three wavelength light for efficient chemical production in cyanobacteria

开发一种通过三波长光调节分支代谢途径的新技术，以实现蓝藻高效化学生产

• 批准号: 19J13822
• 负责人: 小林 俊一
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J13822/
• 关键词: 藍藻; シアノバクテリア; 合成生物学; バイオ燃料; 光制御; 代謝工学; 代謝制御; 物質生産; 光センシングシステム

二酸化炭素を資化できる藍藻は、バイオアルコールをはじめとする有用化合物生産における理想的な宿主であるが、産業応用に向けては生産量の向上が必要である。目的化合物の生産量が低下する原因として、代謝系が分岐することによる競合が挙げられる。そこで本研究では、藍藻における代謝分岐を3波長の光を用いて制御することで、バイオアルコール生産量の向上を試みた。モデル藍藻であるSynechocystis sp. PCC 6803を宿主とし、緑色光/赤色光で遺伝子発現のON/OFFが制御可能な光センシングシステムを応用することで、バイオアルコールの生産を光で制御することに成功した。非誘導条件ではバイオアルコールはほとんど生産されなかったのに対し、誘導条件では生産量が増大し、5日間の培養で最大313 mg/Lのバイオアルコール生産を達成した。次に、バイオアルコール生産における代謝分岐点となるピルビン酸代謝経路を同光センシングシステムによって制御した結果、菌体の生育を抑制しつつ、バイオアルコール生産量を向上させることに成功した。さらに、バイオアルコール生産に関わる代謝関連酵素の改変により、大腸菌において青色光に応答して活性化される変異体の構築を行った。具体的には、スプリット化した代謝関連酵素と、青色光に応答して会合する光センサタンパク質を遺伝子工学的に融合した。大腸菌に導入し発現させた結果、青色光に応答したバイオアルコールの生産を確認した。以上より、3波長の光を利用した代謝制御に向けた研究基盤が整備されたと考えられた。今後これらの技術の組み合わせにより、バイオアルコール生産量のさらなる向上が達成できると期待される。

Diacidified carbon is an ideal host for cyanobacteria to produce useful compounds, and it is necessary to increase production in the direction of industrial use. The reasons for the low production of the target compound are the divergence of metabolic systems and the competition between them. In this study, the metabolic diversity of cyanobacteria was studied by using three wavelengths of light to control the production of cyanobacteria Synechocystis sp. PCC 6803 is a host, green/red light, and ON/OFF control system for the production of cyanobacteria. Under non-induction conditions, the production increased, and the maximum production reached 313 mg/L in 5 days of culture. In addition, the metabolic differentiation point of cell production and the control result of cell growth inhibition and cell production increase successfully. In addition, the construction of allogeneic enzymes related to metabolism in E. coli production was carried out. Specific to this process are metabolic enzymes, light sources, and molecular engineering. Coliform introduction results, cyan light, and production confirmation The above three wavelengths of light are used for metabolic control. In the future, the technology of the company will be combined with the production capacity of the company.

项目成果

代謝関連遺伝子の光誘導発現によるシアノバクテリアを用いた有用化合物の高生産

通过光诱导代谢相关基因的表达，利用蓝细菌大量生产有用的化合物

• 发表时间: 2021
• 作者: 小林俊一;渥美正太;池袋一典;浅野竜太郎
• 通讯作者: 浅野竜太郎

Universidade do Porto(ポルトガル)

波尔图大学（葡萄牙）

Application of an engineered chromatic acclimation sensor for red-light-regulated gene expression in cyanobacteria

• DOI: 10.1016/j.algal.2019.101691
• 发表时间: 2019-12-01
• 期刊: ALGAL RESEARCH-BIOMASS BIOFUELS AND BIOPRODUCTS
• 影响因子: 5.1
• 作者: Kobayashi, Shunichi;Nakajima, Mitsuharu;Sode, Koji
• 通讯作者: Sode, Koji

University of California Davis/The University of North Carolina(米国)

加州大学戴维斯分校/北卡罗来纳大学（美国）

光センサタンパク質を応用した代謝制御によるシアノバクテリアにおける有用化合物の高生産

通过使用光学传感器蛋白的代谢控制，在蓝藻中大量生产有用的化合物

• 发表时间: 2022
• 作者: 小林俊一;渥美正太;池袋一典;浅野竜太郎
• 通讯作者: 浅野竜太郎