Development of hydrogen-driven biorefinery platform by modification of energy metabolism

• Project/Area Number: 18K04853
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Yutaka Nakashimada 広島大学, 統合生命科学研究科(先), 教授 (10281164)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 水素 / 二酸化炭素 / 合成ガス / エタノール / 発酵 / 好熱性微生物 / 遺伝子組み換え / カーボンリサイクル / CO2 / Moorella / ホモ酢酸菌 / 好熱性菌 / ATP / 酸化還元バランス / エネルギー代謝 / バイオリファイナリー

Outline of Final Research Achievements

In this study, we looked for metabolic bottlenecks of a genetically engineered thermophilic microorganism that may produce ethanol from hydrogen (H2) and CO2. As a result of genetic engineering studies and metabolic engineering studies, it was suggested that highly efficient ethanol-producing bacteria can be produced by considering the intracellular redox balance and the amount of ATP produced.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

化石資源利用は近代文明構築に欠かせない役割を担った一方、二酸化炭素（CO2）などの温室効果ガス増加による地球温暖化を引き起こし、また将来的には化石資源の枯渇が懸念される。本研究から、H2およびCO2からのエタノール発酵の高効率生産には酸化還元バランスとATP生成量を考慮した育種戦略が必要であることがわかった。本成果は、エタノールなどの化成品原料物質の高効率発酵生産菌の開発に活用でき、CO2のリサイクル技術開発の基盤技術として貢献できる。

Research Products

• [Journal Article] Ethanol yield and sugar usability in thermophilic ethanol production from lignocellulose hydrolysate by genetically engineered Moorella thermoacetica (2020)
  • Author(s): Rahayu Farida、Tajima Takahisa、Kato Junichi、Kato Setsu、Nakashimada Yutaka
  • Journal Title: Journal of Bioscience and Bioengineering Volume: 129 Issue: 2 Pages: 160-164
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2019.08.008
  • NAID: 40022159734
• [Presentation] 好熱性ホモ酢酸菌 Moorella thermoacetica の エタノール生産株における H2による増殖阻害の機構解明 (2020)
  • Author(s): 小林駿介、加藤淳也、竹村海生、加藤節、青井議輝、和田圭介、松鹿昭則、村上克治、中島田豊
  • Organizer: 化学工学会 第51回秋季大会
• [Presentation] 好熱性ホモ酢酸菌 Moorella thermoacetica 代謝改変株を用いたガス基質からのエタノール生産 (2019)
  • Author(s): 竹村海生，吉田嵩一郎，岩崎裕樹，喜多晃久，加藤節，青井義輝，中島田豊
  • Organizer: 第 14 回バイオマス科学会議
• [Presentation] 好熱性ホモ酢酸 Moorella thermoacetica 代謝改変株によるエタノール生産 (2018)
  • Author(s): 竹村 海生 , 岩崎 裕樹, 喜多 晃久, 中島田 豊
  • Organizer: 日本生物工学会 第70回日本生物工学会大会