Development of gene introduction system for stable production of secondary metobolites in engineered Streptomyces host

• Project/Area Number: 16K07674
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Applied microbiology
• Research Institution: Kitasato University
• Principal Investigator: KOMATSU MAMORU 北里大学, 感染制御科学府, 講師 (40414057)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2018: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2017: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 放線菌 / 物質生産 / 二次代謝産物 / 接合伝達 / 線状プラスミド / 生合成遺伝子 / 異種発現 / 二次代謝産物生産 / 合成生物学

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to develop a stable secondary metabolite production system in heterologous expression of exogenous gene cluster for secondary metabolite biosynthesis derived from heterogenous microorganisms using an engineered Stretomyces avermitilis as a host. In this study, we developed an efficient method to introduce a large gene cluster for secondary metabolite biosynthesis. In addition, we developed an experimental method for stable retention of the introduced gene cluster in cells, a multiple gene introduction system and a combinatorial biosynthesis by the multiple gene introduction system.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

S.avermitilis は認定宿主として登録されており、大腸菌などと同様に取り扱うことが可能である。本菌は現在も抗生物質生産のために利用されており、その様な産業微生物を二次代謝産物生産の為の包括的な異種発現宿主として利用する試みは成されていない。遺伝的な背景および遺伝子導入系が整備されていない生産菌の保有する二次代謝産物について、本研究によって得られる成果により、その生合成遺伝子群を汎用宿主に導入すれば、生産過程の包括的な解析の展開が可能となる。さらに、これまで遺伝的な不安定性あるいは分子遺伝学的な基盤の整備が乏しくて解析が断念された多くの二次代謝産物についても適用が期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Distribution and functional analysis of the phosphopantetheinyl transferase superfamily in Actinomycetales microorganisms (2018)
  • Author(s): Kim, J., Komatsu, M., Shin-ya, K., Omura, S., Ikeda, H.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 115 Issue: 26 Pages: 6828-6833
  • DOI: 10.1073/pnas.1800715115
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 1.Neothioviridamide, a Polythioamide Compound Produced by Heterologous Expression of a Streptomyces sp. Cryptic RiPP Biosynthetic Gene Cluster. (2018)
  • Author(s): Kawahara T, Izumikawa M, Kozone I, Hashimoto J, Kagaya N, Koiwai H, Komatsu M, Fujie M, Sato N, Ikeda H, Shin-Ya K.
  • Journal Title: J. Nat. Prod. Volume: 81 Issue: 2 Pages: 264-269
  • DOI: 10.1021/acs.jnatprod.7b00607
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Heterologous production of kasugamycin, an aminoglycoside antibiotic from Streptomyces kasugaensis, in Streptomyces lividans and Rhodococcus erythropolis L-88 by constitutive expression of the biosynthetic gene cluster (2017)
  • Author(s): Kasuga, K., Sasaki, A., Matsuo, T., Yamamoto, C., Minato, Y., Kuwahara, N., Fujii, C., Kobayashi, M., Agematsu, H., Tamura, T., Komatsu, M., Ishikawa, J., Ikeda, H., Kojima, I.
  • Journal Title: Appl. Microbiol. Biotechnol Volume: - Issue: 10 Pages: 4259-4268
  • DOI: 10.1007/s00253-017-8189-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ファージ由来integraseによるexcisinase非依存的な切り出し反応 (2017)
  • Author(s): 小松護、池田治生
  • Organizer: 第32回(2017年度)日本放線菌学会大会
• [Presentation] 放線菌ゲノム縮小株を宿主とした二次代謝産物生合成遺伝子の異種発現 (2016)
  • Author(s): 小松 護
  • Organizer: 第60回 日本薬学会関東支部大会
  • Place of Presentation: 東京都文京区 東京大学大学院薬学系研究科 山上会館
  • Invited
• [Presentation] 放線菌ゲノム縮小株を宿主とした二次代謝産物生合成遺伝子の異種発現 (2016)
  • Author(s): 小松 護
  • Organizer: 第15回 微生物研究会
  • Place of Presentation: 神奈川県藤沢市 日本大学生物資源科学部 湘南キャンパス
  • Invited