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

点击翻译按钮获取中文摘要

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。