従属栄養条件下での炭酸固定機能を利用した微生物による有用物質生産の高効率化

微生物在异养条件下利用固碳功能高效生产有用物质

• 批准号: 14J11292
• 负责人: 清水 理恵
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014 至 2015
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J11292/
• 关键词: カルビンサイクル; 酸化的脱炭酸; CO_2固定; Ralstonia eutropha; ポリヒドロキシアルカン酸; 同位体標識メタボロミクス

微生物が菌体内に蓄積するポリヒドロキシアルカン酸(PHA)はバイオマスを原料とし、廃棄後は環境微生物により分解される環境調和型の生分解性バイオマスプラスチックである。本研究では代表的なPHA生産菌Ralstonia eutrophaを対象として、本菌が有するCO_2固定経路のカルビンサイクルについて従属栄養PHA生合成条件下での機能解明を目指した。本菌のグルコース資化改変株H16G株、カルビンサイクル機能欠失株(cbbLS破壊株)を対象として、[1-^<13>C_1]-グルコースを利用したメタボローム解析を実施した。解析の結果、Rubiscoの基質であるリブロース-1, 5-ビスリン酸の^<13>C標識はH16G株では時間経過に伴って^<13>C標識率が増加し、cbbLS破壊株では減少していた。これにより[1-^<13>C_1]-グルコース由来^<13>CO_2がカルビンサイクルによって再利用される代謝フラックスを示す強固な証拠を得た。エネルギー・還元力の収支から、増殖と連動しない条件ではグルコースに由来するCO_2の固定によりPHAの炭素収率は100%から120%に増加することが推測され、H16G株はcbbLS破壊株と比べて実際の炭素収率が増加していることを明らかにした。上記の結果から、好気的条件においても代謝経路中の脱炭酸反応によるCO_2をカルビンサイクルによって取り込み、物質生産への再利用により炭素収率の改善達成する手法とできることが期待された。そこでPHA生合成能を持つ大腸菌にR. eutropha由来のカルビンサイクル酵素遺伝子を導入し、物質生産での収率の向上を試みたところ、生産したPHAは1.2倍にまで増加することが示された。現在、大腸菌を用いたイソプロパノール生産およびコリネ菌を用いたグルタミン酸生産においても同様の遺伝子導入を施し、炭素収率の向上を目指した代謝改変を検討している。

Microorganisms accumulate in the body of the bacteria, and PHA (PHA) can be used as raw materials and can be decomposed by environmental microorganisms after disposal. In this study, Ralstonia eutropha, a representative PHA producing strain, was studied to clarify the function of this strain under CO_2-fixing conditions. The mutant strain H16G and the mutant strain cbbLS were used to analyze the gene expression of the mutant strain<13>. As a result of analysis, Rubisco substrate identification increased <13>with time, while <13>cbbLS identification decreased with time. This is a [1-<13>C_1]-based approach to <13>CO_2 reutilization. The carbon recovery rate of PHA increased from 100% to 120% under the condition that the carbon recovery rate of H16G plant increased from 1000% to 1200% under the condition that the carbon recovery rate of H16G plant increased from 10000% to 12000% under the condition that the carbon recovery rate of H16G plant increased from 10000% to 1000 The above results show that the carbon recovery rate can be improved under the favorable conditions of decarbonization, carbon dioxide and recycling in the metabolic pathway. PHAs can be produced by R. coli. eutropha origin of the enzyme gene introduction, material production of the rate of increase in the test, PHA production of 1.2 times increase in the test Now, the use of Escherichia coli in the production of bacteria and bacteria in the production of acid in the introduction of the same gene, carbon yield upward direction, metabolic change in the study

项目成果

カルビン回路の新機能：通性独立栄養細菌Ralstonia eutrophaにおける糖質由来脱炭酸炭素の固定とポリ(3-ヒドロキシブタン酸)生合成への再利用

卡尔文循环的新功能：固定来自碳水化合物的脱羧碳并再用于兼性自养细菌富养罗尔斯通氏菌的聚（3-羟基丁酸）生物合成

• 发表时间: 2015
• 作者: 清水理恵;傳寳雄大;中山泰宗;馬場健史;中村 聡;福崎英一郎;福居俊昭
• 通讯作者: 福居俊昭

通性独立栄養細菌Ralstonia eutrophaの従属栄養ポリヒドロキシアルカン酸生合成条件における炭酸固定代謝のメタボローム解析

兼性自养细菌真养罗尔斯通氏菌异养聚羟基脂肪酸生物合成条件下固碳代谢的代谢组学分析

• 发表时间: 2014
• 作者: 許インイン;樺島祥介;Iwashima,Fumi;重松恭平，森本祥平，鈴木雅人，山根啓作，森田隆二，戸田泰則;清水理恵;岩島史;西坂拓馬，重松恭平，由利洋樹，山根啓作，森田隆二，淡路祥成，戸田泰則;由利洋樹，重松恭平，西坂拓馬，山根啓作，森田隆二，淡路祥成，戸田泰則;清水理恵
• 通讯作者: 清水理恵