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Engineering phosphorus metabolic pathway for biological containment of genetically modified microorganisms

Research Project

Project/Area Number 16K14889
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

Allocation TypeMulti-year Fund
Research Field Applied microbiology
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

Hirota Ryuichi  広島大学, 先端物質科学研究科, 准教授 (90452614)

Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha) ARAKAWA Kenji  広島大学, 大学院先端物質科学研究科, 准教授 (80346527)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords生物学的封じ込め / 亜リン酸 / リン代謝 / 遺伝子組換え微生物 / バイオセーフティ / 膜タンパク質 / 生物・生体工学 / 遺伝子組み換え生物
Outline of Final Research Achievements

Owing to the rapid evolution of biotechnology, genetically modified microorganisms (GMMs) hold great promise for the use in various application fields. However, the scientific community still needs to resolve a number of biosafety and biosecurity issues. A possible way to prevent the uncontrolled proliferation of GMMs is through biocontainment, which involves modifying the essential genes to make the growth and survival of cells dependent on specific chemicals. Here, we developed a novel strategy by engineering phosphorus metabolic pathway of bacteria. This approach combines the deletion of endogenous phosphate (H3PO4, Pi) transporters with the expression of the genes for metabolizing phosphite (H3PO3, Pt), yielding an Escherichia coli strain strictly dependent on Pt which is an ecologically rare but inexpensive chemical. Considering the high containment efficacy and the simplicity, this strategy can contribute to the development of a reliable and cost-effective biocontainment system.

Report

(3 results)
  • 2017 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (34 results)

All 2018 2017 2016 Other

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 8 results) Book (1 results) Remarks (3 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Biological phosphite oxidation and its application to phosphorus recycling2018

    • Author(s)
      Ryuichi HIROTA, Kei MOTOMURA, Akio KURODA
    • Journal Title

      Phosphorus Recovery and Recycling

      Volume: -

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    • Author(s)
      廣田隆一, 黒田章夫
    • Journal Title

      化学工業

      Volume: 68 Pages: 41-47

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  • [Journal Article] 亜リン酸を利用した実用的な生物学的封じ込め手法2017

    • Author(s)
      廣田隆一, 黒田章夫
    • Journal Title

      ケミカルエンジニヤリング

      Volume: 62 Pages: 28-34

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  • [Journal Article] 亜リン酸デヒドロゲナーゼを利用した微生物の選択的培養技術2017

    • Author(s)
      廣田隆一, 黒田章夫
    • Journal Title

      化学と生物

      Volume: 55 Pages: 369-371

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  • [Journal Article] A novel biocontainment strategy makes bacterial growth and survival dependent on phosphite2017

    • Author(s)
      Hirota R, Abe K, Katsuura Z, Noguchi R, Moribe S, Motomura K, Ishida T, Alexandrov M, Funabashi H, Ikeda T and Kuroda A
    • Journal Title

      Sci Rep

      Volume: 7 Issue: 1 Pages: 44748-44748

    • DOI

      10.1038/srep44748

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    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 亜リン酸デヒドロゲナーゼを利用した微生物の選択的培養技術2017

    • Author(s)
      廣田隆一、黒田章夫
    • Journal Title

      化学と生物

      Volume: in press

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  • [Presentation] 亜リン酸を利用したシアノバクテリアの新規生物学的封じ込め手法の開発2018

    • Author(s)
      本村圭,廣田 隆一,佐野 公亮,神原 亮大,桂浦 善一朗,堀川 凌平,渡辺 智,池田 丈,石田 丈典,舟橋 久景,黒田 章夫
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      Ryuichi Hirota, Kei Motomura, Akio Kuroda
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      日本農芸化学会2017年度大会
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      京都府
    • Year and Date
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  • [Presentation] 亜リン酸を用いた新規生物学的封じ込め手法2017

    • Author(s)
      廣田隆一、桂浦善一朗、野口麗次、森部重彬、舟橋久景、池田丈、黒田章夫
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      日本農芸化学会2017年度大会
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      京都府
    • Year and Date
      2017-03-20
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  • [Presentation] 亜リン酸を用いた新規生物学的封じ込め手法2017

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      廣田隆一、桂浦善一朗、野口麗次、森部重彬、舟橋久景、池田丈、黒田章夫
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      日本農芸化学会2017年度大会産学官学術交流フォーラム 技術交流会
    • Place of Presentation
      京都府
    • Year and Date
      2017-03-20
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  • [Presentation] ゲノム編集技術などによる遺伝子組換え微生物の安全性を高める技術を開発2017

    • Author(s)
      廣田隆一
    • Organizer
      広島大学-JST記者説明会
    • Place of Presentation
      東京都
    • Year and Date
      2017-03-17
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  • [Presentation] 微生物の還元型リン化合物代謝とその応用 ~選択的培養と生物学的封じ込め~2017

    • Author(s)
      廣田隆一
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      第11回日本ゲノム微生物学会年会大会
    • Place of Presentation
      横浜市
    • Year and Date
      2017-03-04
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  • [Presentation] 亜リン酸を利用した新規生物学的封じ込め手法の開発2017

    • Author(s)
      廣田隆一、黒田章夫
    • Organizer
      産総研中国センターシンポジウム~生命科学の革新的展開~
    • Place of Presentation
      広島市
    • Year and Date
      2017-02-27
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    • Invited
  • [Presentation] 亜リン酸を用いて遺伝子組換え体を封じ込める実用的手法2017

    • Author(s)
      廣田隆一,黒田章夫
    • Organizer
      JST-広島大学新技術発表会,
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      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] A novel biocontainment strategy makes bacterial growth dependent on phosphite2017

    • Author(s)
      Hirota R. Abe K., Katsuura,ZI., Motomura,K., Kuroda A.
    • Organizer
      Society for Industrial Microbiology and Biotechnology (Science Slam)
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] A novel biocontainment strategy makes bacterial growth dependent on phosphite2017

    • Author(s)
      Hirota R. Abe K., Katsuura,ZI., Motomura,K., Kuroda A.
    • Organizer
      Society for Industrial Microbiology and Biotechnology
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] リン代謝経路の改変による微生物の選択的培養と生物学的封じ込め2017

    • Author(s)
      廣田隆一,黒田章夫
    • Organizer
      第69回日本生物工学会シンポジウム
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  • [Presentation] リン代謝経路の改変による生物学的封じ込め技術2017

    • Author(s)
      廣田隆一
    • Organizer
      藍藻の分子生物学2017
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    • Invited
  • [Presentation] Engineering of Phosphorus Metabolic Pathway: A Safeguard Strategy for Greater Use of Genetically Modified Microorganisms2017

    • Author(s)
      Ryuichi Hirota
    • Organizer
      International Congress on Pure & Applied Chemistry 2018
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 生物学的封じ込めとコンタミ抑止を両立する実用的微生物培養法の開発2017

    • Author(s)
      本村圭, 廣田隆一, 桂浦善一朗,神原亮大,黒田章夫
    • Organizer
      第6回JACI/GSCシンポジウム
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  • [Presentation] 亜リン酸を用いた新規生物学的封じ込め手法の開発とその有効性評価2017

    • Author(s)
      桂浦善一朗 , 廣田隆一, 池田丈, 舟橋久景 , 黒田章夫
    • Organizer
      第69回日本生物工学会
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  • [Presentation] 亜リン酸を用いたシアノバクテリアの選択的培養手法の開発2017

    • Author(s)
      神原亮大, 廣田隆一, 池田丈, 舟橋久景, 黒田章夫
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      第69回日本生物工学会
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  • [Presentation] 亜リン酸を使った新規生物学的封じ込め手法ー組換え体の拡散を防ぐ強固なバイオセキュリティ技術ー2017

    • Author(s)
      廣田隆一,桂浦 善一朗,本村 圭,黒田章夫
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      細胞を創る研究会10.0
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  • [Presentation] 亜リン酸を用いたシアノバクテリアの選択的培養手法の開発2017

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      堀川凌平,神原亮大,本村圭,廣田隆一,黒田章夫
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      藍藻の分子生物学2017
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  • [Presentation] シアノバクテリアのリン酸輸送体の解析と「生物学的封じ込め」への応用2017

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      廣田隆一、佐野公亮、神原亮大、渡辺智、本村圭、黒田章夫
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      藍藻の分子生物学2017
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  • [Presentation] 亜リン酸依存性を利用した新規生物学的封じ込め手法の開発2017

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      本村圭、廣田隆一、桂浦善一朗、神原亮大、佐野公亮、堀川凌平、池田丈、舟橋久景、黒田章夫
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      2017年度生命科学系学会合同年次大会
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  • [Presentation] バクテリアの還元型リン化合物代謝機能を活用したバイオテクノロジー2016

    • Author(s)
      廣田 隆一, 池田 丈, 黒田 章夫
    • Organizer
      環境バイオテクノロジー学会2016年度大会
    • Place of Presentation
      広島市
    • Year and Date
      2016-06-13
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  • [Book] リンの辞典2017

    • Author(s)
      廣田隆一
    • Total Pages
      344
    • Publisher
      朝倉書店
    • ISBN
      9784254141047
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      2017 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://www.sciencenewsline.com/news/2017060716060033.html

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  • [Remarks] ゲノム編集技術などによる遺伝子組換え微生物の 安全性を高める技術を開発

    • URL

      http://www.jst.go.jp/pr/announce/20170320/index.html

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  • [Remarks] ゲノム編集技術などによる遺伝子組換え微生物の利用の安全性を高める技術を開発

    • URL

      https://www.hiroshima-u.ac.jp/news/38638

    • Related Report
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 形質転換体、形質転換体の製造方法、および、当該形質転換体を用いた還元型リン化合物の有無の検出方法2018

    • Inventor(s)
      廣田隆一、黒田章夫、本村圭
    • Industrial Property Rights Holder
      廣田隆一、黒田章夫、本村圭
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2018
    • Related Report
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 形質転換体、形質転換体の製造方法、および、当該形質転換体を用いた還元型リン化合物の有無の検出方法2016

    • Inventor(s)
      廣田隆一、黒田章夫
    • Industrial Property Rights Holder
      廣田隆一、黒田章夫
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2016-170317
    • Filing Date
      2016-08-31
    • Related Report
      2016 Research-status Report

URL: 

Published: 2016-04-21   Modified: 2019-03-29  

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