代謝工学に輸送工学と共培養を組み合わせた効率的な有用代謝産物生産系の開発

通过结合代谢工程、运输工程和共培养，开发有用代谢物的高效生产系统

• 批准号: 22K05433
• 负责人: 士反 伸和
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kobe Pharmaceutical University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K05433/
• 关键词: 代謝工学; 輸送工学; 共培養; アルカロイド; 物質生産; 有用物質生産

植物が生産する特化代謝産物は多彩な生物活性を有し、医薬品原料などに用いられている。希少な有用化合物の安定供給を目指し、代謝工学が進展し微生物生産も可能となったが、生産性が低いなどの課題もある。本研究では、これまでに確立してきた輸送工学と共培養系を代謝工学と融合した複合微生物培養系を構築し、有用代謝産物の高生産と新奇な有用代謝産物の迅速な創出を行うことを目指している。本年度は、大腸菌とピキア酵母の共培養生産系の改良を行なった。これまでに当研究室で確立してきた培養系では大腸菌の生育と生産が抑制されていることが明らかとなったため、今回は、大腸菌とピキア酵母をそれぞれ、共培養用の培地で一定時間培養、酵素の発現誘導を行ってから共培養することとした。時間や細胞密度を検討することで、これまでの系に比べて40倍以上の生産性を示す系の確立に成功した。また、大腸菌の輸送工学として、レチクリン生産性大腸菌にMATE型アルカロイド輸送体NtJAT1を発現させた。レチクリンの生産や培地への放出が顕著に増加しており、本結果を論文として報告した（Yamada et al., 2022 BBB）。JAT1発現大腸菌における中間体排出の結果は、すでに報告していたDTX1発現大腸菌の結果とは異なっており、これらから、アルカロイド生産性微生物を用いることで、植物由来の輸送体の基質特異性などを検討できる可能性も示した。スチロピン生産性ピキア酵母に輸送体を発現させる実験については、レチクリン取り込み輸送体BUP1の形質転換用ベクターを構築した。また、アルカロイド排出輸送体を発現させたピキア酵母では、予備的な結果であるが、培地へのスチロピン放出が増加している結果が得られた。上記のように、共培養、輸送工学ともに進んでおり、多様な代謝産物の効率的な生産系へと進めていく予定である。

Plant production of specialized metabolites has a variety of biological activities, pharmaceutical raw materials for use in the middle The goal of stable supply of useful compounds, the progress of metabolic engineering, the possibility of microbial production, and the problem of low productivity In this study, we established a transport engineering co-culture system, a metabolic engineering fusion system, a complex microbial culture system, and a rapid production of useful metabolites. This year, the improvement of co-culture production system of Escherichia coli and yeast was carried out. The laboratory established a culture system for inhibiting the growth and production of Escherichia coli, and co-cultured Escherichia coli and yeast for a certain period of time. Time and cell density were discussed, and the system was more than 40 times more productive than the system. In addition, the delivery engineering of coliform bacteria and the development of the MATE type Alcalide delivery system NtJAT1 for Escherichia coli production have been announced. The results of this paper are reported in Yamada et al., 2022 BBB）。JAT1 results in the elimination of intermediates from Escherichia coli are reported. DTX1 results in the detection of Escherichia coli are reported in different ways. DTX 1 results in the detection of substrate specificity from plant-derived transporters are reported. The production of yeast transporter was carried out during the construction of the transport medium BUP1. The results of the preparation of the yeast and the increase of the discharge of the yeast are as follows: The production system for the efficient production of multiple metabolites should be determined according to the requirements of co-culture and transport engineering.

项目成果

Transport engineering using tobacco transporter NtJAT1 enhances alkaloid production in <i>Escherichia coli</i>

使用烟草转运蛋白 NtJAT1 的转运工程增强了大肠杆菌中的生物碱产量

• DOI: 10.1093/bbb/zbac056
• 发表时间: 2022
• 期刊: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry
• 作者: Yamada Yasuyuki;Nakagawa Akira;Sato Fumihiko;Minami Hiromichi;Shitan Nobukazu
• 通讯作者: Shitan Nobukazu

Transport Engineering Improves the Production and Secretion of Valuable Alkaloids in Microorganisms

运输工程改善微生物中有价值的生物碱的生产和分泌

• 发表时间: 2023
• 作者: Yasuyuki Yamada;Miya Urui;Akira Nakagawa;Fumihiko Sato;Hiromichi Minami;Nobukazu Shitan
• 通讯作者: Nobukazu Shitan

有用アルカロイド高生産を目指した大腸菌－ピキア酵母共培養系の応用

大肠杆菌-毕赤酵母共培养系统在高产有用生物碱中的应用

• 发表时间: 2023
• 作者: 潤井 みや;山田 泰之;中川 明;佐藤 文彦;南 博道;士反 伸和
• 通讯作者: 士反 伸和