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～

将废物转化为氢气 ~ 通过代谢工程基因组修饰构建先进的产氢细菌 ~

• 批准号: 21K12341
• 负责人: 宮田 茂
• 金额: $ 2.75万
• 依托单位: Chubu 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K12341/
• 关键词: Clostridium perfringens; ウェルシュ菌; 水素; 代謝工学; ゲノム編集; バイオマス

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。

It is now known that the fastest growth rate of bacteria in China is one of the most common water-producing bacteria in China. In this study, we collected and analyzed the chromosome changes and metabolic system components related to water element production, and tried to improve water element production. Add In the past year, there were three kinds of plants with high water content, ldhL, ldhD and adhE. In addition, the production of water and nitrogen is greatly improved due to the lack of water and nitrogen in the soil. This year, the company has a number of projects, including the construction of a plant with high productivity and high productivity. The result is that the culture contains the parent plant, the growth is large, and the growth is small. The results of metabolic regulation, pduCDE isolation, quadruple isolation, and butyric acid metabolism were analyzed. In theory, it is beneficial for the production of water and the metabolism of acetic acid. The reaction rate of enzymes involved in the metabolism of COA is not high, nor is the existence of regulatory mechanisms. The construction of a functional development system for the synthesis of Clostridium species was successfully completed.

项目成果

ウェルシュ菌のグリセロール代謝能の改善

产气荚膜梭菌甘油代谢能力的提高

• 发表时间: 2021
• 作者: 野寺 菜美子;宮田 茂;宮城 侑弥，川畑 博暉，森山 龍一，宮田 茂;佐藤 悠一朗，加藤 実希，矢野 智奈美，宮田 茂;宮城 侑弥，川畑 博暉，森山 龍一，宮田 茂;佐藤 悠一朗，加藤 実希，矢野 智奈美，成谷 宏文，宮田 茂;宮田 茂;佐藤 悠一朗，加藤 実希，矢野 智奈美，宮田 茂
• 通讯作者: 佐藤 悠一朗，加藤 実希，矢野 智奈美，宮田 茂

Improved hydrogen production from glycerol by metabolically engineered Clostridium perfringens.

通过代谢工程产气荚膜梭菌提高甘油的产氢能力。

• 发表时间: 2022
• 作者: 野寺 菜美子;宮田 茂;宮城 侑弥，川畑 博暉，森山 龍一，宮田 茂;佐藤 悠一朗，加藤 実希，矢野 智奈美，宮田 茂;宮城 侑弥，川畑 博暉，森山 龍一，宮田 茂;佐藤 悠一朗，加藤 実希，矢野 智奈美，成谷 宏文，宮田 茂
• 通讯作者: 佐藤 悠一朗，加藤 実希，矢野 智奈美，成谷 宏文，宮田 茂

ウェルシュ菌のキシロース及びセロビオース資化性株の構築

产气荚膜梭菌木糖和纤维二糖同化菌株的构建

• 发表时间: 2022
• 作者: 野寺 菜美子;宮田 茂;宮城 侑弥，川畑 博暉，森山 龍一，宮田 茂
• 通讯作者: 宮城 侑弥，川畑 博暉，森山 龍一，宮田 茂

Metabolic engineering of Clostridium perfringens for fermentation of xylose and cellobiose.

用于木糖和纤维二糖发酵的产气荚膜梭菌的代谢工程。

• 发表时间: 2022
• 作者: 野寺 菜美子;宮田 茂;宮城 侑弥，川畑 博暉，森山 龍一，宮田 茂;佐藤 悠一朗，加藤 実希，矢野 智奈美，宮田 茂;宮城 侑弥，川畑 博暉，森山 龍一，宮田 茂
• 通讯作者: 宮城 侑弥，川畑 博暉，森山 龍一，宮田 茂

Clostridium perfringensのグリセロール・デヒドラターゼ遺伝子の欠失が生育と水素生産に及ぼす影響

产气荚膜梭菌甘油脱水酶基因缺失对生长和产氢的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 野寺 菜美子;宮田 茂;宮城 侑弥，川畑 博暉，森山 龍一，宮田 茂;佐藤 悠一朗，加藤 実希，矢野 智奈美，宮田 茂
• 通讯作者: 佐藤 悠一朗，加藤 実希，矢野 智奈美，宮田 茂