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

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
项目状态：
已结题
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
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

项目摘要

项目成果

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中文摘要
翻译
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。
英文摘要
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。
期刊论文(8)
专著(0)
科研奖励(0)
会议论文
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
DOI： --
发表时间： 2021
期刊：
影响因子： --
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）
DOI： --
发表时间：
期刊：
影响因子： --
作者： []
通讯作者：
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）
DOI： --
发表时间：
期刊：
影响因子： --
作者： []
通讯作者：
共 7 条
    Analysis of the musculoskeletal system of dolphins during tail stand and development of an underwater propulsion mechanism based on the musculoskeletal structure
    • 批准号：
      22K04026
    • 项目类别：
      Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
    • 资助金额：
      $2.75万
    • 财政年份：
      2022
    • 负责人：
      小林 俊一
    • 依托单位：
      Shinshu University
    地盤工学における塑性設計法の再構築に関する研究
    • 批准号：
      15760360
    • 项目类别：
      Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
    • 资助金额：
      $1.92万
    • 财政年份：
      2003
    • 负责人：
      小林 俊一
    • 依托单位：
      Kyoto University
    土構造物補強工法の塑性論的考察とその設計法への応用に関する研究
    • 批准号：
      12750449
    • 项目类别：
      Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
    • 资助金额：
      $1.41万
    • 财政年份：
      2000
    • 负责人：
      小林 俊一
    • 依托单位：
      Kyoto University
    微小トンネル接合における散逸効果の研究
    • 批准号：
      09233210
    • 项目类别：
      Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
    • 资助金额：
      $1.92万
    • 财政年份：
      1997
    • 负责人：
      小林 俊一
    • 依托单位：
      The University of Tokyo
    海外基金