| Project/Area Number |
22K14546
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
Soma Yuki 九州大学, 農学研究院, 助教 (80781955)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
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| Keywords | 合成生物学 / 代謝工学 / 進化工学 / 細菌叢 |
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| Outline of Research at the Start |
微生物を用いたバイオプロセスによって様々な有用化成品生産を目指すバイオリファイナリー研究が発展してきた．より効率的で実用的なバイオプロセスを実現するためには，副産物を削減するとともに，「細胞構成要素」の削減も必要な段階にあり，目的化合物生産のために微生物代謝の絶対的な容量を開放・拡張する必要がある．本研究では，複合多階層オミクス解析を駆使して，代謝絶対容量を圧迫している「高発現・低活性」な内在性代謝酵素群を明らかにし，これらを「低発現・高活性」な酵素変異体群で代替する．この際，共依存型の代謝シェアリングによって安定増殖する「人工合成細菌叢」による活性スクリーニング系を構築する．
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we developed a novel enzyme screening method employed “synthetic microbial consortium”, which facilitates enzyme activity assay using their growth rate as a selection index. We constructed a synthetic microbial consortium using amino acid auxotroph strains which can grow by mutually donating metabolites to each other. In such system, the higher the activity of mutual donation of metabolites, the higher the rate of “co-growth” of the entire consortium. And the superiority of the activity of enzymes that contribute to the mutual donation of metabolites can be evaluated by the “co- growth” of the consortium. By introducing random mutations into the metabolic enzymes responsible for metabolite co-donation in several model bacterial flora, we obtained mutant flora with a co-proliferation rate higher than that of the wild-type flora, and in fact, the improvement in enzyme activity was confirmed.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
酵素進化工学において効率的に高活性酵素を獲得するには，全変異体数に対するスクリーニング系の網羅性とスループットが十分に高いことが求められる．本研究では，微生物培養液の濁度を計測するだけで簡便に標的酵素の活性を疑似的に評価する手法を開発した．これにより，プレートリーダーなどの既存設備を使用して省力・省コストでハイスループットな酵素活性スクリーニングを実現した．また，微生物の相利共生における代謝物の相互供与に関与する各種パラメータ (酵素活性・酵素発現量・菌体量比・供与代謝物利用における化学量論，等) を精密にコントロールすることで，菌叢としての表現型に与える影響を精細に解析することに成功した．
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