廃棄物を水素に ～代謝工学的ゲノム改変による高度水素生産菌の構築～

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ウェルシュ菌は嫌気要求度の低い偏性嫌気性菌で、現在知られている細菌のなかで最も速い増殖速度を示す水素生産菌の一種である。本研究では、ゲノム編集によりウェルシュ菌染色体を改変し、水素生産に関わる代謝系を構成する遺伝子の欠失及び挿入により水素生産性の向上を試みた。加えて、廃棄物系バイオマスからの水素生産も目指している。昨年度、グルコース含有培地を用いた場合、ldhL、ldhD、adhEの三重欠失株が最も高い水素産生量を示すことを明らかにした。また、グリセロール含有培地では、pduCDEの欠失により、増殖がグルコース含有培地なみに改善し、水素生産量が大幅に向上することを明らかにした。今年度は、グルコース含有培地でもグリセロール含有培地でも、効率よく増殖し、高い水素生産性を示す株の構築を目指して、上記4遺伝子を欠失させた多重欠失株を構築した。その結果、グルコース含有培地では親株と比較して増殖に大きな差はみられなかったが、予想に反してグリセロール含有培地では大きく増殖が抑制された。ガスクロマトグラフィーを用いて、代謝産物を調べた結果、pduCDE単独欠失株では、グリセロールからエタノールに代謝される割合が多かったが、四重欠失株では、酪酸に代謝される割合が多かった。そのため、酪酸合成の初発酵素遺伝子であるatoBを欠失させ、理論上、水素生産に有利な酢酸合成に代謝を変化させようと試みたが、グリセロール含有培地でもグルコース含有培地でも増殖が抑制された。アセチルCoAから酢酸に代謝する酵素の反応速度が遅いか何らかの制御機構の存在が示唆された。他のClostridium属の酢酸合成遺伝子を高発現させるために、ウェルシュ菌で機能する構成的発現系の構築に成功した。