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Rational design for activation of cryptic natural products in streptomycetes

Research Project

Project/Area Number 18K05390
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 38020:Applied microbiology-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

Kitani Shigeru  大阪大学, 生物工学国際交流センター, 准教授 (10379117)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2020: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Keywords応用微生物 / 放線菌 / 抗生物質 / 二次代謝 / シグナル物質 / 抗生物質生産 / 二次代謝シグナル / 休眠二次代謝 / シグナル伝達
Outline of Final Research Achievements

Actinomycetes have a large number of secondary metabolite biosynthetic gene clusters, many of which are silent. Activation of the expression of these gene clusters could lead to identifying new bioactive compounds efficiently. This study aimed to awaken the secondary metabolism of actinomycetes by manipulating the signaling pathways that regulate secondary metabolism and to provide new useful compounds. Here, we have identified several actinomycetes that produce butenolide-type Streptomyces hormones, and have shown that the signaling system is universal among actinomycetes. Furthermore, we focused on the β-carboline compounds identified by modification of the Streptomyces-hormone signaling pathway and found a unique β-carboline biosynthetic system, which rare in microorganisms. By modifying this biosynthetic system, we have succeeded in producing non-natural bioactive compounds.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

放線菌の二次代謝産物の多くは、生理活性物質として活用されるにも関わらず、一つの放線菌種が生産する有用物質は極僅かであり、大半の物質がゲノムに潜在する状態にある。本研究により、ブテノライド型の二次代謝シグナルが放線菌に普遍的に存在することが明らかとなった。これにより、本シグナル系の改変は、新たな休眠物質を発掘できる可能性を示した。一方、休眠物質β-カルボリン化合物の生合成系を解析したところ、従来にない合成機構であったこと、また、生合成系の応用は非天然型物質を創出すること、が明らかとなったことから、放線菌潜在能の開拓は生理活性物質の構造多様性拡大に資することが示唆された。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (14 results)

All 2021 2020 2019 2018 Other

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Identification of biosynthetic genes for the β-carboline alkaloid kitasetaline and production of the fluorinated derivatives by heterologous expression2019

    • Author(s)
      Ueda, S., Ikeda, H., Namba, T., Ikejiri, Y., Nishimoto, Y., Arai, M., Nihira, T., Kitani, S.,
    • Journal Title

      J. Ind. Microbiol. Biotechnol.

      Volume: - Issue: 5 Pages: 739-750

    • DOI

      10.1007/s10295-019-02151-z

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Engineered production of kitasetalic acid, a new tetrahydro-β-carboline with the ability to suppress glucose-regulated protein synthesis.2018

    • Author(s)
      Ueda S, Kitani S, Namba T, Arai M, Ikeda H, Nihira T.
    • Journal Title

      J Antibiot (Tokyo).

      Volume: 71 Issue: 10 Pages: 854-861

    • DOI

      10.1038/s41429-018-0074-7

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 放線菌Streptomyces lavendulae FRI-5株由来休眠遺伝子の強制発現による新規化合物の発掘2021

    • Author(s)
      池阪昂平、小椋康平、Pait IGU、本田孝祐、仁平卓也、 木谷 茂
    • Organizer
      日本農芸化学会2021年度大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 微生物代謝覚醒工学による休眠化合物の発掘と非天然型物質の創製2021

    • Author(s)
      木谷茂
    • Organizer
      新化学技術推進協会 ライフサイエンス技術部会反応分科会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 放線菌二次代謝の人工制御による生理活性物質の創出2021

    • Author(s)
      木谷茂
    • Organizer
      第6回デザイン生命工学研究会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 放線菌 Streptomyces albus 株由来シグナル物質を介した休眠天然物覚醒現象の解明とその応用2020

    • Author(s)
      原田一慶, Thao NB, 本田孝祐, 木谷茂
    • Organizer
      日本生物工学会関西支部2020年度大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 放線菌由来新規β-カルボリン類の探索2020

    • Author(s)
      砂田礼菜、山田誠久、上田祥平、高橋瞭、仁平卓也、木谷茂
    • Organizer
      日本農芸化学会2020年度大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 放線菌Streptomyces lavendulae FRI-5株が生産する新規ポリエンマクロライド化合物の同定2020

    • Author(s)
      池阪昂平、吉岡拓哉、五十嵐康弘、難波卓志、仁平卓也、木谷茂
    • Organizer
      日本農芸化学会2020年度大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 希少放線菌由来β-カルボリン合成酵素ホモログの機能解析2019

    • Author(s)
      山田誠久、高橋瞭、廣田万由子、仁平卓也、木谷茂
    • Organizer
      日本放線菌学会2019年度大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] New Streptomyces hormone, avenolide from Streptomyces avermitilis,regulates secondary metabolism of streptomycetes as the last group of Streptomyces autoregulators2018

    • Author(s)
      木谷 茂
    • Organizer
      The 30th Annual Meeting of the Thai Society for Biotechnology and International Conference
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ブテノライド型放線菌ホルモンによる異種間化学コミュニケーション2018

    • Author(s)
      木谷茂、Thao NB、新間秀一、仁平卓也
    • Organizer
      日本放線菌学会2018年度大会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 放線菌由来β-カルボリン化合物キタセタリン生合成経路の解明2018

    • Author(s)
      木谷茂、上田祥平、池尻幸範、難波卓司、池田治生、仁平卓也
    • Organizer
      日本農芸化学会2019年度大会
    • Related Report
      2018 Research-status Report
  • [Remarks] 大阪大学生物工学国際交流センター・分子微生物学研究室

    • URL

      http://hondalab.sakura.ne.jp/Molecular-M/

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 大阪大学生物工学国際交流センター・分子微生物学研究室

    • URL

      http://www.nihiralab.sakura.ne.jp/index.html

    • Related Report
      2019 Research-status Report 2018 Research-status Report

URL: 

Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

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