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PHA重合酵素における重合能活性化の機構解明およびPHA高効率生産への応用

Research Project

Project/Area Number 13J07410
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Environmental chemistry
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

牛丸 和乗  東京工業大学, 総合理工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2013-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥2,400,000 (Direct Cost: ¥2,400,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords生分解性プラスチック / 微生物合成 / ポリヒドロキシアルカン酸 / PHA重合酵素 / PHA顆粒結合タンパク質
Outline of Annual Research Achievements

ポリヒドロキシアルカン酸 (PHA) は糖や植物油、脂肪酸といったバイオマス資源から微生物合成可能な高分子材料で、熱可塑性や生分解性などの特徴を有するため、環境調和型プラスチック材料や医用材料としての利用が期待されている。申請者はPHA顆粒結合タンパク質(フェイシン、PhaP)がある種のPHA重合酵素を活性化可能であることを見出し、その活性化機構解析とPHA高生産化への応用を行った。
細胞外(in vitro)実験により、重合酵素活性化がPhaP濃度依存的な効果であること、アミノ酸配列や分子量が大きく異なる他の微生物由来のPhaPでも活性化が可能であること、重合能活性化と共に重合酵素の基質特異性も変化することが見出された。また、上記の活性化機構に関して、種々のin vitro実験結果などに基づき推定される活性化機構を提案した。
上記の重合酵素活性化効果が細胞内(in vivo)でも生じるかという点を、組換え大腸菌を用いたin vivo PHA生産系で評価したところ、PhaPを導入したin vivo PHA生産系ではPhaP濃度依存的にPHA蓄積が向上し、最大で4.2倍のPHA生産量向上が確認された。これらに加え、申請者の所属する研究室において見出されたPhaP変異体に関する解析を行った。この変異体は野生型のPhaP導入株に比べてPHAを高効率で生産可能であるが、その高生産化機構は不明であった。この変異体をin vitro, in vivoの両実験から評価したところ、野生型に比べPhaPの発現量が増加することでPHA高生産化が生じていることが明らかとなった。
これらの結果は、PhaPの新たな機能を明らかとするのみでなく、「PhaPによる重合酵素活性化」を利用することでPHAの高効率生産が可能であることをin vitro、in vivoの両面から示した独自性の高い研究であるといえる。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2015 2014 2013 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (6 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Core-shell compositeparticlescomposedofbiodegradablepolymer particles andmagneticironoxidenanoparticlesfortargeteddrug delivery2015

    • Author(s)
      Chiemi Oka, Kazunori Ushimaru, Nanao Horiishi, Takeharu Tsuge, Yoshitaka Kitamoto
    • Journal Title

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials

      Volume: 381 Pages: 278-284

    • DOI

      10.1016/j.jmmm.2015.01.005

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A single-nucleotide substitution in phasin gene leads to enhanced accumulation of polyhydroxyalkanoate (PHA) in Escherichia coli harboring Aeromonas caviae PHA biosynthetic operon2015

    • Author(s)
      Kazunori Ushimaru, Yoriko Watanabe, Ayaka Hiroe, Takeharu Tsuge
    • Journal Title

      The Journal of General and Applied Microbiology

      Volume: 印刷中

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Genome-Based Analysis and Gene Dosage Studies Provide New Insight into 3-Hydroxy-4-Methylvalerate Biosynthesis in Ralstonia eutropha2015

    • Author(s)
      Azusa Saika, Kazunori Ushimaru, Shoji Mizuno, Takeharu Tsuge
    • Journal Title

      Journal of Bacteriology

      Volume: 197 Issue: 8 Pages: 1350-1359

    • DOI

      10.1128/jb.02474-14

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Phasin Proteins Activate Aeromonas caviae Polyhydroxyalkanoate (PHA) Synthase but not Ralstonia eutroha PHA Sthase2014

    • Author(s)
      Kazunori Ushinaru, Yoko Motoda, Keijii Numata, Takeharu Tsuge.
    • Journal Title

      Applied and Environmental Microbiology

      Volume: (印刷中) Issue: 9 Pages: 2867-2873

    • DOI

      10.1128/aem.04179-13

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Characterization of polyhydroxyalkanoate (PHA) synthase derived from Delftia acidovorans DS-17 and the influence of PHA production in Escherichia coli.2013

    • Author(s)
      Ayaka Hiroe, Kazunori Ushimaru, Takeharu Tsuge.
    • Journal Title

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      Volume: 115(6) Issue: 6 Pages: 633-638

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2012.12.015

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] フェイシンタンパク質によるPHA重合反応の促進効果2015

    • Author(s)
      牛丸和乗, 柘植丈治
    • Organizer
      日本農芸化学会2015年度大会
    • Place of Presentation
      岡山大学津島キャンパス, 岡山県, 岡山市
    • Year and Date
      2015-03-28
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] ポリヒドロキシアルカン酸重合酵素のIn vitro特性評価2014

    • Author(s)
      牛丸和乗, 柘植丈治
    • Organizer
      第63回高分子討論会
    • Place of Presentation
      長崎大学文教キャンパス, 長崎県, 長崎市
    • Year and Date
      2014-09-24
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] フェイシンタンパク質過剰発現によるポリヒドロキシブタン酸生産増強2014

    • Author(s)
      牛丸和乗, 柘植丈治
    • Organizer
      第63回高分子学会年次大会
    • Place of Presentation
      名古屋国際会議場, 愛知県, 名古屋市
    • Year and Date
      2014-05-28
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] PHA顆粒結合タンパク質導入がポリヒドロキシブタン酸生合成に与える影響2014

    • Author(s)
      牛丸和乗, 柘植丈治
    • Organizer
      第3回JACI/GSCシンポジウム
    • Place of Presentation
      東京国際フォーラム, 東京都, 千代田区
    • Year and Date
      2014-05-23
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] PHA顆粒結合タンパク質を用いたPHA高生産化とその解析2013

    • Author(s)
      牛丸 和乗, 柘植 丈治
    • Organizer
      第65回日本生物工学会大会
    • Place of Presentation
      広島国際会議場(広島)
    • Year and Date
      2013-09-20
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Activation of Polyhydroxyalkanoate Synthascs from Aeromonas caviae by Phasin Proteins2013

    • Author(s)
      Kazunori Ushimaru, Takeharu Tsuge.
    • Organizer
      The 4th International Conference on Biobased Polymers
    • Place of Presentation
      Hanyang University (Seoul, Korea)
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.iem.titech.ac.jp/tsuge/

    • Related Report
      2013 Annual Research Report

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Published: 2014-01-29   Modified: 2024-03-26  

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