| Project/Area Number |
19H00839
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 27:Chemical engineering and related fields
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
清水 浩 大阪大学, 情報科学研究科, 教授 (00226250)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
戸谷 吉博 大阪大学, 情報科学研究科, 准教授 (70582162)
堀之内 貴明 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 研究員 (60610988)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2020-03-31
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| Project Status |
Discontinued (Fiscal Year 2019)
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| Budget Amount *help |
¥41,080,000 (Direct Cost: ¥31,600,000、Indirect Cost: ¥9,480,000)
Fiscal Year 2019: ¥14,560,000 (Direct Cost: ¥11,200,000、Indirect Cost: ¥3,360,000)
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| Keywords | ゲノムスケール代謝モデル / 有用物質生産 / 指向性進化 / 代謝フラックス |
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| Outline of Research at the Start |
微生物反応プロセスは環境に調和した物質生産法である。しかし、外来の遺伝子を導入しても、予想通りに生産性が得られない場合がある。本研究では、目的化合物の生合成に必要な遺伝子や代謝経路を実装することで原料から目的化合物に高収率で変換可能な代謝経路を構築する。また、ゲノムスケールモデルを利用して、細胞増殖と化学物質の生産が連動するように代謝経路を設計する。さらに、遺伝子操作によりデザイン通りの細胞を構築する。このプロトタイプ株について、ロボットを用いて継代培養することで、細胞増殖を選択圧とした指向性進化を誘導し、原料から目的化合物への代謝変換における律速点を解消する方法を確立することを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
生物の代謝システムは複雑なネットワークであり、目的物質生産にとって最適な代謝状態をデザインするのは容易ではない。また、未知の代謝物質-酵素の相互作用による制御が沢山あることが分かってきており、これらが代謝経路の様々な箇所において律速点となっている。これは生物の恒常性には必要な機能ではあるが、物質生産の目的には不要であり、目的物質の生産性の向上の障害となっている。
本研究では、細胞増殖と目的物質の生産が連動するように代謝をデザインすることで、増殖を選択圧とした指向性進化を行い、基質から目的物質への合成経路に潜む律速点を解消することを目的とした。大腸菌についての代謝反応に関する化学量論情報を整備したゲノムスケールモデルを利用することを考えた。フラックスバランス解析を用いて、増殖速度を最大にする代謝フラックス分布を求める方法を検討した。遺伝子操作によってデザインした代謝経路を実装し、進化プロセスで生じた変異やその機能を解析することで、この経路の律速点やその解消法について検討することとした。
これまでに、ゲノムスケールの代謝を議論できる代謝モデルの整備と目的物質を生産する大腸菌の代謝経路をデザインを検討した。基質の設定や目的物質の設定を行って、細胞増殖と目的物質の生産が連動するように代謝を設計し必要な代謝経路の導入、不要な経路の削除を行い、有用物質生産のための基盤株をデザインを開始した。このモデルベースのデザインに従って、実際に株を構築した。また、実験室進化を行うことによって、基質の取り込みや増殖速度の上昇した進化株の取得を試みた。複数の菌株を構築し、進化実験を行った。
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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