原核細胞内における人工的な代謝反応区画（メタボロソーム）の創出

原核細胞の大腸菌は、遺伝子組換えが容易なため、有用物質生産を目的とした合成生物学分野で多用されている。しかし、細胞内に膜で仕切られた細胞小器官がないため、生体分子の区画化が困難であり、内在経路への中間体流出や、外来経路による補酵素の一方的消費、外来経路に係る物質の毒性・不安定性、生合成酵素の失活等により、十分な合成量が得られない場合も多々ある。本研究課題では、蛋白質によって正二十面体の殻構造を形成する細菌微小区画を用いて、大腸菌細胞内において補酵素再生経路を含む代謝経路全体を区画化することで、内在経路への中間体流出を抑制し、微小空間内での生合成反応を持続可能にする人工的な代謝反応区画（メタボロソーム）の創出を目指す。天然の細菌微小区画を基に、より汎用性の高い補酵素再生系を持つ基盤微小区画を構築し、副産物生成や生合成酵素の失活が課題の有用物質生合成経路の区画最適化を行い、人工メタボロソームの分子設計基盤の確立を目指す。令和４年度は、細菌微小区画の殻蛋白質遺伝子をオペロン化した発現プラスミドと、合成生物学分野において汎用性の高い補酵素再生経路遺伝子をオペロン化した発現プラスミドの構築を完了した。また、殻蛋白質と、区画内への内包配列を付加した緑色蛍光蛋白質を共発現させることにより、組換え大腸菌内での蛍光焦点の形成を確認した。今後、組換え大腸菌における微小区画の殻構造の形成を、細胞内、並びに試験管内において確認する予定である。

原核細胞の大腸菌は、遺伝子組換えが容易なため、有用物質生産を目的とした合成生物学分野で多用されている。しかし、細胞内に膜で仕切られた細胞小器官がないため、生体分子の区画化が困難であり、内在経路への中間体流出や、外来経路による補酵素の一方的消費、外来経路に係る物質の毒性・不安定性、生合成酵素の失活等により、十分な合成量が得られない場合も多々ある。本研究課題では、蛋白質によって正二十面体の殻構造を形成する細菌微小区画を用いて、大腸菌細胞内において補酵素再生経路を含む代謝経路全体を区画化することで、内在経路への中間体流出を抑制し、微小空間内での生合成反応を持続可能にする人工的な代謝反応区画（メタボロソーム）の創出を目指す。天然の細菌微小区画を基に、より汎用性の高い補酵素再生系を持つ基盤微小区画を構築し、副産物生成や生合成酵素の失活が課題の有用物質生合成経路の区画最適化を行い、人工メタボロソームの分子設計基盤の確立を目指す。令和４年度は、細菌微小区画の殻蛋白質遺伝子をオペロン化した発現プラスミドと、合成生物学分野において汎用性の高い補酵素再生経路遺伝子をオペロン化した発現プラスミドの構築を完了した。また、殻蛋白質と、区画内への内包配列を付加した緑色蛍光蛋白質を共発現させることにより、組換え大腸菌内での蛍光焦点の形成を確認した。今後、組換え大腸菌における微小区画の殻構造の形成を、細胞内、並びに試験管内において確認する予定である。