Elucidation of mechanism for regulation of amino acid metabolism in moderately halophilic bacteria and its application to recycle biotechnology
| Project/Area Number |
22K12446
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 64030:Environmental materials and recycle technology-related
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
仲山 英樹 長崎大学, 水産・環境科学総合研究科(環境), 教授 (30324982)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | 適合溶質 / エクトイン生合成経路 / GABA異化経路 / GABAアミノ基転移酵素 / DABAアミノ基転移酵素 / 浸透圧調節物質 / ハロモナス / 塩ストレス応答 / アミノ酸類 / 好塩性細菌 / GABA / エクトイン / 塩ストレス / リサイクルバイオ技術 / アミノ酸代謝 / 廃バイオマス |
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| 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。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度は、ハロモナスのグルタミン酸過剰生産変異株（GOP株）にグルタミン酸脱炭酸酵素を導入したγ-アミノ酪酸（GABA）生産株（GOP-Gad株）のGABA生産効率の向上のため、ハロモナスのGABA異化経路とエクトイン合成経路の関連について解析を行なった。
2022年度まで成果により、GABAを単一炭素・窒素源とした条件下で、GABA異化経路の鍵となるGabTDの欠失によりハロモナスの生育が阻害されたのに対して、GabT単独の欠失では顕著な生育阻害は観察されなかったことから、GabT以外にもGABAアミノ基転移酵素（GABA-AT）活性を有する遺伝子の存在が示唆された。本研究により、エクトイン生合成経路のectB遺伝子がコードする2,4-ジアミノ酪酸DABAアミノ基転移酵素（DABA-AT）がGABA-AT活性を有することが示唆されたため、HAタグと融合したectB-HA遺伝子とgabT-HA遺伝子をシャトルベクターを用いて、GabTの欠失によりGABA生産性が向上したZN3株に導入し、エクトイン生合成系の鍵酵素であるDABA-ATがGABA異性化経路のGABA-ATの活性を有することをハロモナス細胞内で初めて示すことに成功した。
以上の結果により、ハロモナスはエクトイン生合成経路のDABA-ATはアスパラギン酸β-セミアルデヒド（ASA)からDABAを生合成するのと同時に、GABAからコハク酸セミアルデヒド（SSA）を生合成するGABA-AT活性を有することから、GABAを単一炭素・窒素源とした条件下では、GABA異化経路とエクトイン生合成経路が協調的に作用して高効率にGABAからエクトインの生合成が促進されることが示唆された。特に塩ストレス応答初期に、ハロモナスのGABA異化経路を活性化することでエクトインの生合成系も協調的に活性化される点が興味深い。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
エクトイン非生産株を比較対象とすることにより、ハロモナスにおいて、グルタミン酸系あるいはアスパラギン酸系のアミノ酸類を主要な浸透圧調節物質として生産できることを明らかにすることができた。
特に、GABAの異化経路とエクトイン生合成経路が初期の塩ストレス応答時に協調的に機能する新たな機構を見出すことができた。
さらに、エクトイン以外のアミノ酸類の生産に協調的に働いている因子を特定することにより、ハロモナス細胞内でのアミノ酸代謝制御機構の一端を解明できることが期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、本研究で開発したGABA生産ハロモナス細胞工場を用いて、廃棄バイオマスからのGABA生産が可能であるか検証する試験を行う。また、GABAの生産性向上並びにGABA以外のアミノ酸類をエクトインの代わりに生合成して浸透圧調節物質として高濃度蓄積するハロモナス細胞工場の開発を継続して行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(11 results)
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[Book] 地域のレジリエンスを高める環境科学2023
Author(s)
渡辺 貴史, 黒田 暁, 馬越 孝道, 利部 慎, 河本 和明, 菊池 英弘, 中山 智喜, 仲山 英樹, 吉田 護
Total Pages
190
Publisher
九州大学出版会
ISBN
9784798503523
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