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大腸菌ゲノム情報を活用したシステインの代謝制御機構の解明と発酵生産への応用

Research Project

Project/Area Number 20018018
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionNara Institute of Science and Technology

Principal Investigator

高木 博史  Nara Institute of Science and Technology, バイオサイエンス研究科, 教授 (50275088)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 大津 厳生  奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教 (60395655)
Project Period (FY) 2008 – 2009
Project Status Completed (Fiscal Year 2009)
Budget Amount *help
¥7,200,000 (Direct Cost: ¥7,200,000)
Fiscal Year 2009: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000)
Fiscal Year 2008: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000)
Keywordsゲノム情報 / システイン発酵 / スルホシステイン
Research Abstract

大腸菌にはシステイン(Cys)をO-acetylserine sulfhydrylase A(OASS-A)によりO-acetylserine(OAS)とSO_4^<2->から合成する経路1と、OASS-BによりOASとS_2O_3^<2->から生成するsulfocysteineを介して合成する経路2が存在する。これまでに経路1の制御機構の解除を中心としたCys生産菌の育種が続けられてきたが、経路1だけでは合成系の強化にも限界がある。一方、経路2はsulfocysteineからCysへの還元に関わる酵素やその制御機構が未解明であるが、経路1と比べ硫黄同化経路でのエネルギー消費が少ないため、その知見を発酵生産へ応用することで、Cys生産性の向上が期待できる。まず、経路1のOASS-A遺伝子(cysK)と経路2のOASS-B遺伝子(cysM)を破壊した二重欠損株を作製したところ、予想通りCys要求性を示したことから、大腸菌のCys生合成経路には1と2しか存在せず、二重欠損株ライブラリーを用いた解析が可能であることが判明した。現在、Keio collectionとcysK破壊株を接合させた二重欠損株ライブラリーを用いて、Cys要求を示す菌株を単離し、新規経路に関与する遺伝子の探索を行なっている。また、すでに高等動物において、glutaredoxin(Grx)がsulfocysteineをCysに還元する反応を触媒することが報告されている。そこで、大腸菌に存在する酸化還元酵素がsulfocysteineからCysへの還元活性を示すかどうかについて評価した。9種類の酸化還元酵素にHisタグを融合した組換え酵素を精製し、酵素活性を測定した。その結果、Grx1,2,3はsulfbcysteineのCysへの還元を触媒することが明らかになった。さらに、in vivoでの効果を確認するために、これら酸化還元酵素をそれぞれ過剰発現させたCys生産菌を構築し、S_2O_3^<2->を硫黄源としたCys生産実験を行った。その結果、Grx1及びGrxと相同性の高い還元酵素NrdHの過剰発現株では、Cys生産量が有意に増加(20-40%)しており、これらの還元酵素の過剰発現がCys発酵生産に有効であることが示された。

Report

(2 results)
  • 2009 Annual Research Report
  • 2008 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2010 2009 2008 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (11 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results) (of which Overseas: 1 results)

  • [Journal Article] The outer membrane To1C is involved in cysteine tolerance and overproduction in Escherichia coli2009

    • Author(s)
      Natthawut Wiriyathanawudhiwong, Iwao Ohtsu, Zhao-Di Li, Hirotada Mori and Hiroshi Takagi
    • Journal Title

      Applied Microbiology and Biotechnology 81

      Pages: 903-913

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 巧妙なり!タンパク質へのS-S結合導入システム2008

    • Author(s)
      大津巌生
    • Journal Title

      生物工学 186

      Pages: 446-446

    • NAID

      10030849781

    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Journal Article] The L-cysteine/L-cystine shuttle system provides reducing equivalents to the periplasm in Escherichia coli

    • Author(s)
      Iwao Ohtsu, Natthawut Wiriyathanaw udhiwong, Susumu Morigasaki, Takeshi Nakatani, Hiroshi Kadokura, Hiroshi Takagi
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry (In press)

    • Related Report
      2009 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 大腸菌のシステイントランスポーターの生理的意義:ペリプラズム内で生じる過酸化水素の除去機構2010

    • Author(s)
      大津厳生、Naatthawut Widyathanawudhiwong、高木博史
    • Organizer
      日本農芸化学会2010年度大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2010-03-29
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 大腸菌における新規システイン生合成酵素の探索と発酵生産への応用2010

    • Author(s)
      仲谷豪、大津厳生、高木博史
    • Organizer
      日本農芸化学会2010年度大会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2010-03-29
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 大腸菌システイン排出トランスポーターの生理的意義:細胞内で生じる活性酸素種の除去機構2009

    • Author(s)
      大津厳生、Natthawut Wiriyathanawudhiwong、高木博史
    • Organizer
      2009年度日本農芸化学会関西・中四国・西日本支部、日本栄養・食糧学会九州・沖縄支部および日本食品科学工学会西日本支部合同沖縄大会
    • Place of Presentation
      沖縄
    • Year and Date
      2009-10-31
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] 還元ストレスによる大腸菌の生育阻害機構の解析2009

    • Author(s)
      仲谷豪、大津厳生、Natthawut Wirithanawudhiwon、高木博史
    • Organizer
      2009年度日本農芸化学会関西・中四国・西日本支部、日本栄養・食糧学会九州・沖縄支部および日本食品科学工学会西日本支部合同沖縄大会
    • Place of Presentation
      沖縄
    • Year and Date
      2009-10-31
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular mechanism of growth inhibition of Escherichia coli by L-cysteine2009

    • Author(s)
      Iwao Ohtsu, Natthawut Wiriyathanawudhiwong, Hiroshi Takagi
    • Organizer
      11^<th> International Congress on Amino Acids, Peptides and Proteins
    • Place of Presentation
      Vienna
    • Year and Date
      2009-08-03
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] Cysteine overproduction by engineered Escherichia coli strain with a high ethanol yield2009

    • Author(s)
      Natthawut Wiriyathanawudhiwong, Iwao Ohtsu, Friedrich Srienc, Hiroshi Takagi
    • Organizer
      11^<th> International Congress on Amino Acids, Peptides and Proteins
    • Place of Presentation
      Vienna
    • Year and Date
      2009-08-03
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] システイン排出トランスポーターの生理的意義:DsbA-DsbB-Ub酸化システムによる大腸菌の細胞内レドックスの制御機構2009

    • Author(s)
      大津厳生、Natthawut Wiriyathanawu dhiwong、高木博史
    • Organizer
      第4回トランスポーター研究会
    • Place of Presentation
      東京
    • Year and Date
      2009-05-23
    • Related Report
      2009 Annual Research Report
  • [Presentation] DsbA-DsbB-Ub酸化システムによる細胞内レドックスの制御機構2009

    • Author(s)
      大津厳生、李兆棣、高木博吏
    • Organizer
      日本農芸化学会2009年度大会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2009-03-29
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] エタノールを筒生産する大腸菌を用いたシステイン発酵生産そ2009

    • Author(s)
      Natthawut Wiriyathanawudhiwong、大津厳生、Friedrich Srienc、高木博史
    • Organizer
      日本農芸化学会2009年度大会
    • Place of Presentation
      福岡
    • Year and Date
      2009-03-29
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 大腸菌システインデスルフラーゼIscSの機能解析とシネテイン生産への応用2008

    • Author(s)
      Natthawut Wiriyathauawudhiwong、大津厳生、Li Zhao Di、仲谷豪、高木博史
    • Organizer
      第31回日本分子生物学会年会・第81回日本生化学会大会合同大会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2008-12-09
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Presentation] 大腸菌外膜タンパク質ポーリンTolCの機能解析とシステイン生産への応用2008

    • Author(s)
      Li Zhao Di、大津厳生、Natthawut Wiriyathanawudhiwong、仲谷豪、高木博史
    • Organizer
      第31回日本分子生物学会年会・第81回日本生化学会大会合同大会
    • Place of Presentation
      神戸
    • Year and Date
      2008-12-09
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] L-システイン生産菌及びL-システインの製造法2009

    • Inventor(s)
      野中源、高木博史、大津厳生
    • Industrial Property Rights Holder
      味の素株式会社、奈良先端科学技術大学院大学
    • Filing Date
      2009-02-20
    • Related Report
      2008 Annual Research Report
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] L-システイン生産菌及びL-システインの製造法2008

    • Inventor(s)
      野中源、高木博史、大津厳生
    • Industrial Property Rights Holder
      味の素株式会社、奈良先端科学技術大学院大学
    • Filing Date
      2008-02-21
    • Related Report
      2008 Annual Research Report

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Published: 2008-04-01   Modified: 2018-03-28  

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