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Elucidation of mechanism for regulation of amino acid metabolism in moderately halophilic bacteria and its application to recycle biotechnology

Research Project

Project/Area Number 19K12400
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 64030:Environmental materials and recycle technology-related
Research InstitutionNagasaki University

Principal Investigator

NAKAYAMA Hideki  長崎大学, 水産・環境科学総合研究科(環境), 教授 (30324982)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Keywordsハロモナス / 浸透圧調整物質 / エクトイン / グルタミン酸 / γ-アミノ酪酸(GABA) / 細胞工場 / 廃バイオマス / アミノ酸代謝 / 好塩性細菌 / リサイクルバイオ技術 / 適合溶質 / 不揮発性腐敗アミン
Outline of Research at the Start

醤油粕等の廃バイオマス(WBM)中には、炭水化物や蛋白質等に由来するC・N源や塩分等の多様な成分が含まれる。中度好塩性細菌Halomonas elongataは、塩濃度の変化に適応し、WBM中のC・N源をアミノ酸(AA)誘導体のエクトイン(ECT)に高効率に再資源化するAA代謝機構を備えているが、その詳細は不明である。
そこで、本研究では、ECT生合成系を欠失したH. elongata KA1株を親株とし、ECT以外のAA類が過剰蓄積した突然変異株を取得し、AA代謝制御機構の鍵となる変異遺伝子を同定する。さらに、WBMをECT等の機能性AA類に再資源化するリサイクルバイオ技術基盤を構築する。

Outline of Final Research Achievements

A moderate halophile H. elongata can biosynthesize ectoine as a high-value osmolyte via aspartic acid metabolic pathway. While the H. elongata GOP strain, which is an ectoine-deficient Glutamic acid-Over-Producing mutant identified here, opens doors to the biosynthesis of valuable osmolytes via glutamic acid metabolic pathway. In fact, by installing a GAD system into H. elongata GOP strain, we successfully created the higher salt-tolerant H. elongata GOP-Gad strain, which biosynthesize GABA as its major osmolyte. With ability to thrive in high salinity environment and to assimilate biomass-derived carbon and nitrogen sources, H. elongata GOP-Gad strain developed in this work can be used in the development of a sustainable GABA producing cell factory.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果により、ハロモナスは、アスパラギン酸経路を介してエクトインを生合成する能力以外に、グルタミン酸経路を介してGABA等の多様な浸透圧調節物資が生合成できることが初めて示された。今後は、GOP株の変異遺伝子を解析することにより、アスパラギン酸経路またはグルタミン酸経路を介した、ハロモナスにおける浸透圧調節物質の生合成機構の学術的な解明が進むことが期待される。また、得られた学術的知見を応用することにより、廃バイオマスから有用性の高い多様なアミノ酸類を生産するハロモナス細胞工場の開発が期待できる。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (8 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Book (1 results) Remarks (5 results)

  • [Journal Article] Ectoine production from putrefactive non-volatile amines in the moderate halophile Halomonas elongata2020

    • Author(s)
      Nakayama H、Kawamoto R、Miyoshi K
    • Journal Title

      IOP Conference Series: Earth and Environmental Science

      Volume: 439 Issue: 1 Pages: 012001-012001

    • DOI

      10.1088/1755-1315/439/1/012001

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] フィターゼを細胞表層に提示した単細胞エコフィードの開発に資するハロモナス由来のフィターゼ遺伝子の探索2021

    • Author(s)
      鄒子燕,仲山英樹
    • Organizer
      第58回化学関連支部合同九州大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Development of Halomonas elongata cell factory, which produces GABA in the cell and displays phytase on the cell surface2021

    • Author(s)
      Ziyan Zou, Hideki Nakayama
    • Organizer
      73rd SBJ Annual Meeting (2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 中度好塩性細菌Halomonas elongata における不揮発性腐敗アミンを単一炭素・窒素源としたエクトイン生産2021

    • Author(s)
      仲山 英樹, 河本 亮, 三好 勝之
    • Organizer
      第73回日本生物工学会大会(2021)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] フィターゼを細胞表層に提示したアーミングハロモナス細胞の創製2020

    • Author(s)
      鄒子燕,仲山英樹
    • Organizer
      2020年度日本フードファクター学会・日本農芸化学会西日本支部大会合同大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] ハロモナス細胞工場を用いた廃棄バイオマス原料からのγ- アミノ酪酸生産2020

    • Author(s)
      鄒 子燕,仲山英樹
    • Organizer
      日本農芸化学会2020年度大会(要旨による発表)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Ectoine production from putrefactive non-volatile amines in the moderate halophile Halomonas elongata2019

    • Author(s)
      Nakayama H, Kawamoto R, Miyoshi K
    • Organizer
      The 6th International Symposium Innovative Bioproduction Indonesia on Biotechnology and Bioengineering 2019 (ISIBio 2019)
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 好塩性微生物を活用したリサイクルバイオ技術の開発研究2019

    • Author(s)
      仲山英樹
    • Organizer
      日本農芸化学会令和元年度西日本支部例会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 好塩性細菌ハロモナスにおける炭素・窒素比率の異なる最小培地中での適合溶質生産特性の解析2019

    • Author(s)
      三好勝之, 河本亮, 仲山英樹
    • Organizer
      第56回化学関連支部合同九州大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Book] 細胞表層工学の進展(仲山分担執筆, 第4章4, 中度好塩菌の細胞内と細胞表層を活用した低環境負荷型の機能性飼料添加物の開発)2020

    • Author(s)
      植田充美(監修), 渡邉幸夫, 黒田浩一, 秦洋二, 都築正男, 髙木俊幸, 濵真司, 野田秀夫, 芝崎誠司, 白川利朗, 北川孝一, 瀨脇智満, 谷浩行, 伊東祐二, 森岡弘志, 福田夏希, 宮川(蓑毛)藍, 異島優, 小田切優樹, 仲山英樹, 他14名
    • Total Pages
      246
    • Publisher
      シーエムシー出版
    • ISBN
      9784781314969
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Remarks] 長崎大学総合生産科学域(環境科学系)環境生物工学研究室

    • URL

      https://nakayamalab.com

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] 未来海洋イノベーション機構

    • URL

      https://www.nagasaki-u.ac.jp/marine/

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] 長崎大学水産環境・科学総合研究科

    • URL

      https://www.fe.nagasaki-u.ac.jp/

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] 長崎大学 環境生物工学研究室(仲山研究室)ホームページ

    • URL

      https://nakayamalab.com

    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Remarks] researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/nakayamah/

    • Related Report
      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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