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Ｓｈｅｗａｎｅｌｌａ属細菌の嫌気呼吸を制御するシグナル伝達機構の解明

阐明控制希瓦氏菌无氧呼吸的信号转导机制

基本信息

批准号：
16J08653
负责人：
笠井拓哉
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Tokyo University of Pharmacy and Life Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

Shewanella oneidensis MR-1株は異化的金属還元細菌であり、様々な電子受容体を利用して呼吸を行う。また電極への電子伝達も可能であるため、微生物電気化学システム（BES）への応用が期待されている。前年度までに我々はMR-1株において細胞外の電子受容体の還元に必要なMtrタンパク質群をコードする遺伝子とD-乳酸酸化酵素（Dld）をコードする遺伝子がcyclic AMP receptor protein（CRP）によって直接的に制御されることを明らかにした。MR-1株は炭素源・エネルギー源として乳酸を好むため、本株においてCRPは基質の酸化と電子受容体の還元を含むエネルギー代謝系を包括的に制御する役割を果たしていると考えられた。しかし、ShewanellaではCRPが嫌気呼吸系の制御に関与することが知られていたものの、その生理機能やシグナル伝達機構には未解明な点が多い。またCRPの機能を利用すれば、電流生成に関与する代謝系を包括的に活性化し、MR-1株の電流生成能力を大幅に向上させることができると期待された。そこで本年度はMR-1株におけるCRPの生理機能をさらに詳細に解析するとともに、CRP制御系の高活性化による高電流生成株の構築を行った。CRPの生理機能の解析では、発酵的D-乳酸脱水素酵素（LdhA）の遺伝子発現もCRPによって制御されていることを明らかにした。この結果から、MR-1株ではCRPによってD-乳酸代謝系（DldとLdhA）が嫌気呼吸系と協調的に制御されていることが示され、本株におけるCRPの新たな生理機能が明らかになった。高電流生産株の構築では、CRPの補因子であるcAMPの合成酵素遺伝子(cyaC)を過剰発現させることで、従来の約2倍の電流生成能を示す株の構築に成功した。これにより、CRPの転写誘導活性の制御が高効率なBESの構築において重要であることが示された。

Shewanella oneidensis MR-1 strain is a mutant metal-reducing bacterium that uses electron receptors for respiration. Electrodes and electronic sensors are expected to be used in microbiology and electrochemistry (BES). In the past year, the MR-1 strain was found to be essential for the production of extracellular electron receptors, including D-lactase (Dld) and cyclic AMP receptor protein (CRP). MR-1 strain contains carbon source, lactic acid, acid, CRP substrate, electron acceptor, and metabolic system. The CRP is related to the control of the respiratory system and its physiological functions. CRP function utilization, current generation and metabolic system including activation, MR-1 strain current generation ability greatly improved, and expected This year, the physiological function of MR-1 strain was analyzed in detail, and the high activity of CRP control system was constructed. The analysis of CRP physiological function and the expression of D-lactate dehydrase (LdhA) gene in CRP control system MR-1 strain is resistant to CRP and D-lactic acid metabolism system (Dld-LdhA). It is resistant to respiratory system and coordinated control system. MR-1 strain is resistant to CRP and its new physiological function is obvious. The construction of high current producing plants was successful because the CRP complement factor, cAMP synthase gene (cyaC), was found to be about twice as high as that of the current producing plants. This is an important part of the BES construction process.