ポジティブ／ネガティブマーカーを用いたタンパク質分泌経路の進化工学

• Project/Area Number: 14J08165
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied molecular and cellular biology
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 池 紘平 千葉大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2016: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: genetic selection / genetic switch / quorum-sensing / directed evolution / synthetic biology

Outline of Annual Research Achievements

グラム陰性菌のQuorum-sensingシステムは，膜透過性の高い分子(HSLs)をシグナルとして利用する非常に扱いやすいExpression system (遺伝子スイッチ)である。HSLsは種によって異なるacyl基構造をもっているが，QSレギュレータのシグナル特異性が低く，さらには標的とするDNA(Box)配列が似通っている。このため，QSシステムは相互に強く干渉しあい，これらをひとつの細胞内で独立に働かせること/複数遺伝子の発現を精緻にコントロールすることが困難であった。昨年度には，Agrobacterium tumefaciens由来のQSアクティベータTraRに我々の進化工学(機能選抜)手法を適用することで，天然QSシステムと，シグナル認識・標的配列の両面で直交性の高いTraシステムをそれぞれ取得した。本年度は，これらシステムを一つの細胞内へと導入し，直交的に実利用可能であることを示した。これまでにも，multi-cellular systemとしてDNA(Box)結合におけるクロストークを避け複数のQuorum-sensingシステムを直交的に使用する工夫がなされてきた。しかしながら，細胞ポピュレーションが外的環境(誘導条件etc…)に左右されるためシステムの堅牢性に大きな課題があった。本研究により得たQSシステムは，単一細胞内でも直交的に利用可能であるため，原理的にポピュレーションバランスの問題から解放され，非常に高い堅牢性を達成することができた。この成果は，29年度に論文として発表する予定である。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Evolutionary design of choline-inducible and choline-repressive T7-based induction systems. (2016)
  • Author(s): Ike K, Arasawa Y, Koizumi S, Mihashi S, Kawai-Noma S, Kyoichi S, Umeno D
  • Journal Title: ACS Synthetic Biology Volume: 4 Issue: 12 Pages: 1352-1360
  • DOI: 10.1021/acssynbio.5b00107
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rapid and Liquid-Based Selection of Genetic Switches Using Nucleoside Kinase Fused with Aminoglycoside Phosphotransferase (2015)
  • Author(s): Masahiro Tominaga, Kohei Ike, Shigeko Kawai-Noma, Kyoichi Saito, and Daisuke Umeno
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Issue: 3 Pages: e0120243-e0120243
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0120243
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] マルチチャンネル型の人工細胞間通信を指向したTraRの進化工学 (2015)
  • Author(s): 池 紘平, 河合(野間) 繁子, 斎藤 恭一, 梅野 太輔
  • Organizer: 日本農芸化学会 関東支部大会
  • Place of Presentation: お茶の水女子大学
  • Year and Date: 2015-09-26
• [Presentation] 遺伝子スイッチの機能に及ぼすプロモータ／オペレータ距離の影響 (2014)
  • Author(s): 宮口明恵，池紘平，佐伯和哉，河合（野間）繁子，齋藤恭一，梅野太輔
  • Organizer: 微生物研究会
  • Place of Presentation: 東京農業大学, 世田谷キャンパス
  • Year and Date: 2014-07-26
• [Presentation] 微生物ゲノム工学のハイスループット化を指向した遺伝子マーカーの改良 (2014)
  • Author(s): 嶋村陽，池紘平，冨永将大，河合（野間）繁子，斎藤恭一，梅野太輔
  • Organizer: 微生物研究会
  • Place of Presentation: 東京農業大学, 世田谷キャンパス
  • Year and Date: 2014-07-26
• [Presentation] 改変型T7RNAポリメラーゼのプロモータ特異性解析 (2014)
  • Author(s): 大野琢也，池紘平，河合（野間）繁子，齋藤恭一，梅野太輔
  • Organizer: 微生物研究会
  • Place of Presentation: 東京農業大学, 世田谷キャンパス
  • Year and Date: 2014-07-26
• [Presentation] T7autogeneの構築とその振る舞い解析 (2014)
  • Author(s): 佐伯和哉，池紘平，河合（野間）繁子，齋藤恭一，梅野太輔
  • Organizer: 微生物研究会
  • Place of Presentation: 東京農業大学, 世田谷キャンパス
  • Year and Date: 2014-07-26