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水素を高生産する嫌気性細菌のゲノム編集によるバイオリファイナリーへの応用

高产氢厌氧菌基因组编辑在生物炼制中的应用

基本信息

批准号：
21K12307
负责人：
木村哲哉
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Mie University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

海洋バイオマスであるキチンを分解し水素ガスを高生産するClostridium paraputrificumと植物バイオマスを分解するRuminiclostridium josuiをゲノム編集技術によって水素ガスやアルコール、酪酸生産に最適化した株を育種し高機能化することを究極の目的とした。分子育種を行うには、上記2株の完全長ゲノム配列の解析が必要である。そこで、これらのゲノム配列を詳細に解析した。R.josuiはすでにJGIによってドラフトゲノムが公開されているが、今回の解析で4,430,823塩基の完全長配列を決定し配列を解析した結果、糖質加水分解酵素遺伝子が160個以上見つかった。またゲノム配列をもとにして代謝関連遺伝子について詳細に調べた結果、アルコール生産系の遺伝子は存在するが、酪酸生産系の遺伝子は存在しないことが明らかとなった。一方、C.paraputrificumは3,509,596塩基の完全長配列から、エタノールや酪酸合成に関わる遺伝子の存在を明らかにし、キチン分解酵素遺伝子も10個存在することが分かった。有機酸やアルコール生産に関わる代謝系遺伝子を解析し、これらの発現をリアルタイムPCR法で調べた。水素生産とアルコール生産に関わる重要なステップとなるピルビン酸からアセチルCoAへの代謝経路において代謝系が2種類存在し、そのうちピルビン酸からギ酸とアセチルCoAを生じる酵素であるピルビン酸リアーゼの活性化酵素遺伝子（PFLA）についてClosTron法によるゲノム編集で遺伝子を破壊したところ、グルコースを炭素源とする培地では水素ガスの生産が増加することが分かった。PFLと並行して存在するピルビン酸フェレドキシンオキシドレダクターゼ（PFO）の経路へ代謝の流れが集中し、その結果としてPFOから水素ガス生産につながる系で水素ガスが増産されたと考えられる。

The ultimate goal is to optimize the production of butyric acid by optimizing the production of citric acid and by optimizing the production of citric acid. Molecular breeding is necessary to analyze the complete length of 2 strains A detailed analysis is made of the following: R.josui has analyzed 4,430,823 complete long nucleotide sequences in JGI, and more than 160 glycohydrase genes have been identified. The results of the detailed analysis of the sequence of metabolic related genes, the existence of genes in the production system of butyric acid and the existence of genes in the production system of butyric acid were analyzed. The complete length of C. paraputricum 3,509,596 bases is aligned with the presence of 10 enzymes related to butyric acid synthesis. Analysis of Metabolite Genes Related to Organic Acid Production and Detection by PCR Two kinds of metabolic systems exist in the metabolic pathway of water production and protein production, and two kinds of enzymes exist in the metabolic pathway of protein production and protein production, and two kinds of enzymes exist in the metabolic pathway of protein production. The carbon source and the production of water element are increased. PFL and PFO have been found to be related to the concentration and production of water in the PFO pathway.