Design of carotenoid production plant: Large scale synthesis of various carotenoids by extremely halophilic archaea

• Project/Area Number: 16K06868
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Biofunction/Bioprocess
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: Yatsunami Rie 東京工業大学, 生命理工学院, 准教授 (90334531)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2017: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 新規カロテノイド合成 / 非天然カロテノイド / 高度好塩性古細菌 / 応用微生物 / カロテノイド生産

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to synthesize a large amount of a novel carotenoid with high antioxidant activity by extremely halophilic archaeon Haloarcula japonica.
In order to synthesize carotenoids with more antioxidant activity, we aimed to synthesize tetradehydrolycopene with 15 conjugated double bonds. For its synthesis, carotenoid desaturase (CrtD) was mutated by the directed evolution. Analysis of the mutated CrtD gene library revealed amino acid residues important for lycopene synthesis.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は高度好塩性古細菌を用いて，新規カロテノイドを大量に合成することを目的とした。本研究では，当該微生物による新規カロテノイド合成に重要な酵素のアミノ酸残基を明らかにすることができた。今後はそのアミノ酸残基あるいは，その周辺に置換を導入することで，新規カロテノイドの大量合成へと繋がると期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Characterization of novel arabinofuranosidases from Paenibacillus sp. strain H2C (2020)
  • Author(s): Okuda K, Ito K, Hagiwara Y, Okeda T, Yatsunami R, Fukui T and Nakamura S
  • Journal Title: J. Jpn. Soc. Extremophiles Volume: 16 Pages: 37-45
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Isolation of four xylanases capable of hydrolyzing corn fiber xylan from Paenibacillus sp. H2C (2019)
  • Author(s): Hagiwara Y, Mihara Y, Sakagami K, Sagara R, Bat-Erdene U, Yatsunami R and Nakamura S
  • Journal Title: Biosci, Biotechnol, Biochem Volume: 20 Issue: 3 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1080/09168451.2019.1693253
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Increase in the thermostability of GH11 xylanase XynJ from Bacillus sp. strain 41M-1 using site saturation mutagenesis (2019)
  • Author(s): Teisuke Takita, Kota Nakatani, Yuta Katano, Manami Suzuki, Kenji Kojima, Naoki Saka, Bunzo Mikami, Rie Yatsunami, Satoshi Nakamura, Kiyoshi Yasukawa
  • Journal Title: Enzyme and Microbial Technology Volume: 130 Pages: 109363-109363
  • DOI: 10.1016/j.enzmictec.2019.109363
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Increase in the thermostability of Bacillus sp. strain TAR-1 xylanase using a site saturation mutagenesis library (2018)
  • Author(s): K. Nakatani, Y. Katano, K. Kojima, T. Takita, R. Yatsunami, S. Nakamura, K. Yasukawa.
  • Journal Title: Biosci. Biotechnol. Biochem. Volume: 82 Issue: 10 Pages: 1715-1715
  • DOI: 10.1080/09168451.2018.1495550
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characterization of a novel multi-domain chitinase from alkaliphilic Nocardiopsis sp. strain F96 (2018)
  • Author(s): K. Toyama, D. Misu, Rei Kajitani, K. Endo, T. Fukazawa, R. Yatsunami, T. Ito, T. Fukui, and S. Nakamura
  • Journal Title: J. Jpn. Soc. Extremophiles Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Paenibacillus sp. H2C 株由来アラビノフラノシダーゼ Abf43A および Abf51A によるアラビノキシラン分解における各種キシラナーゼの併用効果 (2020)
  • Author(s): 奥田敬子、伊東紀碩、萩原佑介、村瀬彩華、桶田智博、三原康博、八波利恵、福居俊昭、中村 聡
  • Organizer: 日本化学会 第100春季年会（2020）
• [Presentation] Paenibacillus sp. H2C 株由来菌体内キシラナーゼ Xyn10F の性質および切断様式 (2020)
  • Author(s): 奥田敬子、Bat-Endre Undramaa、萩原佑介、三原康博、八波利恵、福居俊昭、中村 聡
  • Organizer: 日本農芸化学会2020年度大会
• [Presentation] 高度好塩性古細菌 Haloarcula japonica 由来 GlgC および MalQ ホモログの酵素学的性質 (2019)
  • Author(s): 末田 凜、吉田健人、小野寺雅彦、鈴木龍一郎、鈴木英治、八波利恵、福居俊昭、中村 聡
  • Organizer: 日本Archaea研究会第32回講演会
• [Presentation] 高度好塩性古細菌Halobacterium salinarum由来GH18キチナーゼ ChiN1およびChiN2の類縁菌Haloarcula japonicaにおける発現と性質検 (2019)
  • Author(s): 佐野 遥，重光千彩，遠山絹華，八波利恵，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 第 33 回日本キチン・キトサン学会
• [Presentation] 好アルカリ性細菌由来 GH18 キチナーゼを構成する各種ドメインの機能解析 (2019)
  • Author(s): 石井 稔, 遠山絹華, 戸松彩理, 大竹 潤, 八波利恵, 福居俊昭, 中村 聡
  • Organizer: 第 33 回日本キチン・キトサン学会
• [Presentation] 高度好塩性古細菌 Haloarcula japonica 由来 GlgC ホモログの酵素学的性質 (2019)
  • Author(s): 末田 凜，吉田健人，小野寺雅彦，鈴木龍一郎，鈴木英治，八波利恵，福居俊明，中村 聡
  • Organizer: 2019年度（第68回）日本応用糖質科学会大会・応用糖質科学シンポジウム
• [Presentation] Halobacterium salinarum 由来好塩性 GH18 キチナーゼ ChiN1 および ChiN2 の性質および付加ドメインの役割 (2019)
  • Author(s): 佐野 遥，重光千彩，遠山絹華，八波利恵，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 酵素工学研究会第82回講演会
• [Presentation] 細菌由来各種 GH18 キチナーゼを構成する各種付加ドメインの機能解析 (2019)
  • Author(s): 石井 稔，遠山絹華，戸松彩理，大竹 潤，八波利恵，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 酵素工学研究会第82回講演会
• [Presentation] 好アルカリ性 Bacillus sp. 41M-1 株 GH11 キシラナーゼの部位特異的アミノ酸置換と指向性進化法による比活性向上 (2019)
  • Author(s): 藤本賢人，藤元 紘，舘岡侑輝，八波利恵，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 酵素工学研究会第82回講演会
• [Presentation] Paenibacillus sp. H2C 株由来 GH10 キシラナーゼ Xyn10B および Xyn10F の性質検討 (2019)
  • Author(s): 奥田敬子，Bat-Endre Undramaa，萩原佑介，坂上耕一，三原康博，八波利恵，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 第18回微生物研究会
• [Presentation] Paenibacillus sp. H2C 株由来アセチルキシランエステラーゼ AxeA および AxeB の性質検討 (2019)
  • Author(s): 迫田直樹，萩原佑介，桶田智博，奥田敬子，坂上耕一，三原康博，八波利恵，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 第18回微生物研究会
• [Presentation] 高度好塩性古細菌 Haloarcula japonica 由来エステラーゼの基質特異性および有機溶媒耐性 (2019)
  • Author(s): 池田郁也，塩梅昇太，安部航司，八波利恵，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 第18回微生物研究会
• [Presentation] 高度好塩性古細菌 Haloarcula japonica 由来枝作り酵素 MalA の多分岐グルカン生合成への寄与 (2019)
  • Author(s): 土居直樹，小野寺雅彦，吉田健人，末田 凜，鈴木龍一郎，鈴木英治，八波利恵，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 第18回微生物研究会
• [Presentation] 高度好塩性古細菌 Haloarcula japonica におけるスクアレンシンターゼ遺伝子の過剰発現とスクアレン生産の向上 (2019)
  • Author(s): 八波利恵, 鈴木理紗, 高橋季之, 福居俊昭, 中村 聡
  • Organizer: 極限環境生物学会2019年度（第20回）年会
• [Presentation] 高度好塩性古細菌 Haloarcula japonicaにおけるスクアレンシンターゼ遺伝子の同定と代謝改変によるスクアレン生産の向上 (2019)
  • Author(s): 八波利恵, 鈴木理紗, 高橋季之, 福居俊昭, 中村 聡
  • Organizer: 第56回好塩微生物研究会
• [Presentation] 新規カロテノイド創製に向けた Haloarcula japonica カロテノイド生合成系の改変 (2018)
  • Author(s): 小島和士，佐野直也，安藤 藍，楊 影，三横伸弘，高市真一，八波利恵，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 酵素工学研究会第80回講演会
• [Presentation] Paenibacillus sp. H2C 株由来アラビノフラノシダーゼ Abf43A および Abf51Aの大腸菌における発現と組換え酵素の性質検討 (2018)
  • Author(s): 伊東紀碩，相良龍太，萩原佑介，村瀬彩華，坂上耕一，三原康博，八波利恵，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 酵素工学研究会第80回講演会
• [Presentation] Paenibacillus sp. H2C 株由来 GH5 キシラナーゼ Xyn5Aの大腸菌における発現と組換え酵素の性質検討 (2018)
  • Author(s): 桶田智博，萩原佑介，伊東紀碩，坂上耕一，三原康博，八波利恵，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 酵素工学研究会第80回講演会
• [Presentation] Paenibacillus sp. H2C 株由来各種 GH10キシラナーゼの切断特異性比較 (2018)
  • Author(s): 奥田敬子，Bat-Erdene Undramaa，萩原佑介，坂上耕一，三原康博，八波利恵，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 酵素工学研究会第80回講演会
• [Presentation] 高度好塩性古細菌 Haloarcula japonica 由来菌体内グルコアミラーゼのドメイン解析およびグリコーゲン様多糖生合成への寄与 (2018)
  • Author(s): 小川雄太郎,朝日達哉.清原三絵,吉田健人,鈴木龍一郎,鈴木英治，福居俊昭，八波利恵，中村 聡
  • Organizer: 第17回微生物研究会
• [Presentation] Bacillus および Paenibacillus 属細菌由来各種 GH30 キシラナーゼの性質比較および耐熱化検討 (2018)
  • Author(s): 大越智之，相良龍太，萩原佑介，坂上耕一，三原康博，八波利恵，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 第17回微生物研究会
• [Presentation] 高度好塩性古細菌 Haloarcula japonica 由来エステラーゼの酵素学的性質およびカチオン性コポリマーへの固定化 (2018)
  • Author(s): 安部航司，塩梅昇太，伊藤栄紘，池田郁也，八波利恵，蒲池利章，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 第17回微生物研究会
• [Presentation] 高度好塩性古細菌 Haloarcula japonica の代謝改変によるスクアレン生産の向上 (2018)
  • Author(s): 鈴木理紗，八波利恵，高橋季之，福居俊昭，中村 聡
  • Organizer: 第20回生体触媒化学シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Haloarcula japonica由来3-イソプロピルリンゴ酸デヒドロゲナーゼLeuBの性質検討とleuB遺伝子の栄養要求性マーカーへの応用 (2018)
  • Author(s): 長岡真太郎，杉山典子，中川真理，鈴木 薫，八波利恵，福居俊昭，竹中章郎，関口武司，中村 聡
  • Organizer: 極限環境生物学会2018年度（第19回）年会
• [Presentation] 好アルカリ性細菌 Bacillus sp. J813株由来GH18キチナーゼに存在する挿入ドメインの機能解析 (2017)
  • Author(s): 戸松彩理，遠山絹華，八波利恵，福居俊昭，中村聡
  • Organizer: 第31回日本キチン・キトサン学会大会
• [Presentation] 高度好塩性古細菌Haloarcula japonica の内在性プラスミド上にコードされる新規耐塩性エステラーゼの親株における発現と性質検討 (2017)
  • Author(s): 塩梅昇太、安部航司、吉田健人、八波利恵、福居俊昭、 中村 聡
  • Organizer: 酵素工学研究会 第78回講演会
• [Presentation] Haloarcula japonicaの多分岐グルカン生合成系を構成するヌクレオチジルトランスフェラーゼの親株における発現と組換え酵素の性質検討 (2017)
  • Author(s): 末田凜，吉田健人，小野寺雅彦，八波利恵，福居俊昭，中村聡
  • Organizer: 極限環境生物学会2017年度（第18回）年会
• [Presentation] Haloarcula japonicaの多分岐グルカン生合成系の解析：ヌクレオチジルトランスフェラーゼ遺伝子ホモログの転写解析と組換え酵素の性質検討 (2017)
  • Author(s): 末田凜，吉田健人，小野寺雅彦，八波利恵，福居俊昭，中村聡
  • Organizer: 第16回微生物研究会
• [Presentation] 高度好塩性古細菌Haloarcula japonica 由来フィトエンデサチラーゼ/3,4-デサチラーゼの進化分子工学的検討 (2017)
  • Author(s): 佐野直也，安藤藍，三横伸弘，高市真一，八波利恵，福居俊昭，中村聡
  • Organizer: 第16回微生物研究会
• [Presentation] 好アルカリ性 Bacillus sp. 41M-1 株由来 GH 11 キシラナーゼの 進化分子工学検討：アルカリ性での比活性が向上した変異型酵素の取得 (2016)
  • Author(s): 藤元紘, 舘岡侑輝, 福居俊昭, 八波利恵, 中村聡
  • Organizer: 第17回極限環境生物学会年会
  • Place of Presentation: 日本, 横浜
  • Year and Date: 2016-11-01
• [Presentation] 好アルカリ性放線菌 Nocardiopsis sp. F96 株由来 GH ファミリー 18 キチナーゼの性質検討および各ドメインの機能解明 (2016)
  • Author(s): 遠山絹華, 三須大樹, 梶谷 嶺, 遠藤きみ子, 深沢徹也, 康 斐, 八波利恵, 伊藤武彦, 福居俊明, 中村 聡
  • Organizer: 第17回極限環境生物学会年会
  • Place of Presentation: 日本, 横浜
  • Year and Date: 2016-11-01
• [Presentation] 高度好塩性古細菌 Haloarcula japonica 由来新規耐塩性エステラーゼの親株における発現と性質検討 (2016)
  • Author(s): 塩梅昇太, 吉田健人, 八波利恵, 福居俊昭, 中村 聡
  • Organizer: 第17回極限環境生物学会年会
  • Place of Presentation: 日本, 横浜
  • Year and Date: 2016-11-01
• [Presentation] 高度好塩性古細菌 Haloarcula japonica 由来多分岐グルカン生合成系遺伝子群の転写解析と 4-α-グルカノトランスフェラーゼの性質検討 (2016)
  • Author(s): 吉田健人, 小野寺雅彦, 清原三絵, 朝日達哉, 八波利恵, 福居俊昭, 中村 聡
  • Organizer: 第17回極限環境生物学会年会
  • Place of Presentation: 日本, 横浜
  • Year and Date: 2016-11-01
• [Presentation] Characterization of GH Family 18 Chitinases from Alkaliphilic Actinomycete Nocardiopsis sp. Strain F96 (2016)
  • Author(s): Kinuka Toyama, Daiki Misu, Rei Kajitani, Kimiko Endo, Tetsuya Fukazawa, Rie Yatsunami, Takehiko Ito, Toshiaki Fukui and Satoshi Nakamura
  • Organizer: 11th International Congress on Extremophiles
  • Place of Presentation: 日本, 京都
  • Year and Date: 2016-09-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 好アルカリ性放線菌 Nocardiopsis sp. F96 由来 GH ファミリー 18 キチナーゼ ChiF1 および ChiF3 の性質検討 (2016)
  • Author(s): 遠山 絹華, 三須 大樹, 梶谷 嶺, 遠藤 きみ子, 深沢 徹也, 八波 利恵, 伊藤 武彦, 福居 俊昭, 中村 聡
  • Organizer: 第30回 日本キチン・キトサン学会大会
  • Place of Presentation: 日本、川越
  • Year and Date: 2016-08-18