Construction of Psychrophile-based simple biocatalysts for the efficient bioconversion with multi-step reactions

• Project/Area Number: 17K06927
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Biofunction/Bioprocess
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Takahisa Tajima 広島大学, 統合生命科学研究科(先), 助教 (80571116)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 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 2019: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 酵素触媒 / 低温菌 / イタコン酸 / 融合酵素 / cis-アコニット酸デカルボキシラーゼ / アコニターゼ / リンカー / 融合タンパク質 / クエン酸 / 代謝酵素 / 酵素活性 / 熱処理 / 多段階反応

Outline of Final Research Achievements

In this study, we constructed the psychrophile-based simple biocatalysts for the efficient bioconversion with heat treatment. Most of the metabolic enzymes in host psychrophilic bacterium were inactivated with heat treatment at normal temperature. we also constructed the fusion proteins of two conversion enzymes. Some of them showed the tendency of increased efficiency. They also had the advantage in the leak of conversion enzymes from the immobilized biocatalyst.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は環境負荷の少ない生物学的な物質変換法としてシンプル酵素触媒の効率化に着目して行った。本触媒は簡便な操作で変換反応に不要な副産物生成経路を削除できることから有用化学品の収率向上に大きく貢献すること、融合酵素による反応及び固定化触媒での酵素漏出に寄与することが示された。以上の成果はバイオ触媒の効率性の向上と今後のさらなる触媒改変に重要な知見であると考えている。

Research Products

• [Int'l Joint Research] インドネシア甘味料・繊維作物研究所（Balittas）(インドネシア)
• [Journal Article] Accelerating itaconic acid production by increasing membrane permeability of whole-cell biocatalyst based on a psychrophilic bacterium Shewanella livingstonensis Ac10 (2020)
  • Author(s): G. Luo, M. Fujino, S. Nakano, A. Hida, T. Tajima, J. Kato
  • Journal Title: Journal of Biotechnology Volume: 312 Pages: 56-62
  • DOI: 10.1016/j.jbiotec.2020.03.003
  • Peer Reviewed
• [Presentation] シンプル酵素触媒によるイタコン酸の生産 (2019)
  • Author(s): 田島誉久
  • Organizer: 第74回広島大学バイオマスイブニングセミナー
  • Invited
• [Presentation] 低温菌シンプル酵素触媒によるイタコン酸の効率的生産 (2019)
  • Author(s): 田島誉久，羅宮臨風，中野翔，緋田安希子，加藤純一
  • Organizer: 環境バイオテクノロジー学会2019年度大会
• [Presentation] Psychrophile-based Simple Biocatalyst for Efficient Conversion (2019)
  • Author(s): Takahisa Tajima, Luo Gonglinfeng, Sho Nakano, Akiko Hida, Junichi Kato
  • Organizer: The 14th Asian Congress on Biotechnology (ACB2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Carboxylic acid production by psychrophlie-based simple catalyst (2019)
  • Author(s): Gonglinfeng Luo, Syo Nakano, Takahisa Tajima, Junichi Kato
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Fuels and Energy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] シンプル酵素触媒における酵素の高機能化関する研究 (2019)
  • Author(s): 藤野美穂、羅宮臨風、中野翔、田島誉久、緋田安希子、加藤純一
  • Organizer: 生物工学会若手研究者の集い夏のセミナー2019
• [Presentation] 低温菌Shewanella livingstonesis Ac10における熱透過全細胞触媒の開発 (2019)
  • Author(s): 羅 宮臨風，田島誉久
  • Organizer: 第77回広島大学バイオマスイブニングセミナー
  • Invited
• [Presentation] Itaconic acid production by a marine psychrophilic bacterium (2019)
  • Author(s): Takahisa Tajima, Luo Gonglinfeng, Junichi Kato
  • Organizer: Marine Biotechnology Conference 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Efficient production of itaconic acid using a psychrophile-based simple biocatalyst (2019)
  • Author(s): Gonglinfeng Luo, Takahisa Tajima, Junichi Kato
  • Organizer: 第71回日本生物工学会
• [Presentation] 低温菌シンプル酵素触媒を活用したイタコン酸の効率的な生産 (2019)
  • Author(s): 中野翔，羅宮臨風，田島誉久，緋田安希子，加藤純一
  • Organizer: 日本農芸化学会2019年度西日本・中四国支部合同沖縄大会
• [Presentation] イタコン酸変換酵素の高機能化に関する研究 (2019)
  • Author(s): 藤野美穂，羅宮臨風，中野翔，田島誉久，緋田安希子，加藤純一
  • Organizer: 日本農芸化学会2019年度西日本・中四国支部合同沖縄大会
• [Presentation] 低温菌を活用したシンプル酵素触媒による効率的な物質変換 (2019)
  • Author(s): 田島誉久
  • Organizer: 広島大学若手研究者による研究シーズ発表会
• [Presentation] Efficient bioproduction by psychrophile-based simple biocatalyst (2019)
  • Author(s): Takahisa Tajima, Gonglinfeng Luo, Syo Nakano, Miho Fujino and Junichi Kato
  • Organizer: 25th Symposium of Young Asian Biological Engineers’ Community
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Simultaneous production of 3-Hydroxypropionic acid and 1,3-Propanediol by psychrophile-based simple biocatalysts in Shewanella sp. (2019)
  • Author(s): Mohammad Mojarrad, Takahisa Tajima, Akiko Hida, Junichi Kato
  • Organizer: 日本農芸化学会2019年度大会
• [Presentation] 低温菌を活用したシンプル酵素触媒構築のための基盤技術の開発 (2018)
  • Author(s): 鴨木 明子, 田島 誉久, 小西 正朗, 八久保 晶弘, 坂上 寛敏, 南 尚嗣, 山下 聡, 中島田 豊, 加藤 純一
  • Organizer: 日本農芸化学会中四国支部第51回講演会
• [Presentation] Simultaneous production of 3-Hydroxypropionic acid and 1,3-Propanediol by psychrophile-based simple biocatalysts in Shewanella sp. (2018)
  • Author(s): Mohammad MOJARRAD, Takahisa Tajima, Junichi Kato
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Fuels and Energy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Carboxylic acid production by psychrophlie-based simple catalyst (2018)
  • Author(s): Luo GONGLINFENG, Takahisa Tajima, Junichi Kato
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Fuels and Energy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 低温菌シンプル酵素触媒の宿主とその培養に関する基盤的解析 (2018)
  • Author(s): 鴨木明子, 田島誉久, 小西正朗, 八久保晶弘, 坂上寛敏, 南尚嗣, 山下聡, 中島田豊, 加藤純一
  • Organizer: 第70回日本生物工学会大会
• [Presentation] 低温菌を活用したシンプル酵素触媒によるジカルボン酸の効率的生産 (2018)
  • Author(s): 中野翔, 羅宮臨風, 田島誉久, 加藤純一
  • Organizer: 第70回日本生物工学会大会
• [Presentation] 北海道東沖海底堆積物より取得した低温性微生物の解析 (2018)
  • Author(s): 田島 誉久, 鴨木 明子, 小西 正朗, 八久保 晶弘, 坂上 寛敏, 南 尚嗣, 山下 聡, 中島田 豊, 加藤 純一
  • Organizer: 日本農芸化学会2018年度大会
• [Presentation] Carboxylic acid production by psychrophlie-based simple catalyst (2017)
  • Author(s): Luo Gonglinfeng, Takahisa Tajima, Yutaka Nakashimada, Junichi Kato
  • Organizer: The 1st International Symposium on Fuels and Energy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Bioproduction by psychrophile-based simple biocatalysts (2017)
  • Author(s): Takahisa Tajima, Mai Hamada, Koji Fuki, Yutaka Nakashimada, Junichi Kato
  • Organizer: The 1st International Symposium on Fuels and Energy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Efficient conversion system with NADH regeneration by the psychrophile-based simple biocatalyst (2017)
  • Author(s): Kazumasa Mori, Ami Tsuzuki, Takahisa Tajima, Yutaka Nakashimada, Junichi Kato
  • Organizer: The 1st International Symposium on Fuels and Energy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 低温菌シンプル酵素触媒における補酵素再生系に関する研究 (2017)
  • Author(s): 森一将、津々木亜美、田島誉久、廣田隆一、黒田章夫、中島田豊、加藤純一
  • Organizer: 生物工学若手研究者の集い2017夏のセミナー
• [Presentation] 低温菌シンプル酵素触媒における補酵素再生系に関する研究 (2017)
  • Author(s): 森一将, 津々木亜美, 田島誉久, 廣田隆一, 黒田章夫, 中島田豊, 加藤純一
  • Organizer: 第69回日本生物工学会大会
• [Presentation] Efficient conversion by psychrophile-based simple biocatalysts (2017)
  • Author(s): Takahisa Tajima, Mai Hamada, Koji Fuki, Yutaka Nakashimada, Junichi Kato
  • Organizer: The 23rd Symposium of Young Asian Biological Engineers' Community (YABEC 2017)
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 低温菌を用いたシンプル酵素触媒の開発
  • URL: https://home.hiroshima-u.ac.jp/~mbiotech/kato_lab/psychrophile.html
• [Remarks] 低温菌を活用したシンプル酵素触媒による効率的な物質変換
  • URL: https://hutdb.hiroshima-u.ac.jp/seeds/view/1077
• [Patent(Industrial Property Rights)] 低温菌を用いたイタコン酸の製造方法 (2018)
  • Inventor(s): 田島誉久、加藤純一、羅宮臨風
  • Industrial Property Rights Holder: 田島誉久、加藤純一、羅宮臨風
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2018-124796
  • Filing Date: 2018