海洋性紅色光合成細菌による二酸化炭素を用いたPHA生産

• Project/Area Number: 20K12231
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 64020:Environmental load reduction and remediation-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 樋口 美栄子 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (40443014)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2020: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 紅色光合成細菌 / ポリヒドロキシアルカン酸 / 二酸化炭素固定

Outline of Research at the Start

本研究課題は、海洋性の紅色光合成細菌をホスト生物として用い、二酸化炭素を直接炭素源としてPHA生産に利用し、環境負荷低減につながる新規の生産法を開発するものである。これまでに紅色光合成細菌の二酸化炭素固定能に注目したPHA生産についての研究は、全く行われていない。そこで、光独立栄養培養条件でのPHA生産について検討したいと考えている。 具体的には、1）光独立栄養培養時のPHA生産条件の最適化、2）光独立栄養培養において合成するPHAの物性の解析及び改善、3）光独立栄養培養条件におけるPHA生産誘導に関わる因子の探索、という3つの項目に取り組むこととする。

Outline of Annual Research Achievements

紅色光合成細菌は、大気中の二酸化炭素と窒素から光合成と窒素固定反応により、成長に必要な炭素源と窒素源を作り出すクリーンで持続可能な生産技術としての利用が期待できる有用な微生物のひとつである。本研究課題においては、海洋性の紅色光合成細菌をホスト生物として用い、二酸化炭素を直接炭素源としてポリヒドロキシアルカン酸（PHA）生産に利用し、環境負荷低減につながる新規の生産法を開発することを目的とした。
今年度は、微生物生産において必須となる外来遺伝子の導入法についてペプチドを用いた手法を検討した。代表的な細胞透過性ペプチドであるTatペプチドのD-アミノ酸配列retro-invers型ペプチドであるdTatとマクロピノソームから細胞質への放出能を有するEEDドメインを、サルコシンリンカーで融合したdTat-Sar-EEDペプチドが植物細胞への遺伝子導入において有効であることが最近報告されている。このdTat-Sar-EEDペプチドを用いた海洋性の紅色光合成細菌への遺伝子導入を試みた。
dTat-Sar-EEDペプチドを紅色光合成細菌の培養液に添加し、ペプチド/プラスミドDNA複合体を培養液に加え1時間反応させた。反応液を除去し、生育培地で一晩前培養し、カナマイシンを含む寒天培地で培養した結果、ペプチド濃度に依存してカナマイシン耐性コロニーが出現した。プラスミド抽出により、耐性コロニーにプラスミドが導入されていることを確認した。これらの結果から、dTat-Sar-EEDペプチドにより紅色光合成細菌への遺伝子導入が可能であることがわかった。また高いN/P比、前培養時間を長くする事が高い形質転換効率に重要であることなどを見出した。
また、窒素ガスを窒素源として用いた際の二酸化炭素固定能について、様々な培養光環境の光独立栄養培養に与える影響を検討した。