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Creation and structural redesign of microbial secondary metabolites through rational modification of metabolic pathways

Publicly Offered Research

Project AreaCreation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries
Project/Area Number 19H04659
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

荒川 賢治  広島大学, 統合生命科学研究科(先), 准教授 (80346527)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Keywords二次代謝産物 / 生合成 / アゾキシアルケン / 放線菌 / P450 / シグナル分子 / マクロライド / Pseudo-repressor / ゲノムマイニング / ポリエンマクロライド / キノン要求性デヒドロゲナーゼ / PQQ要求性デヒドロゲナーゼ
Outline of Research at the Start

二次代謝制御系および代謝経路の合理的改変により取得した休眠二次代謝産物に注目し、以下の研究課題を実施する。
平成31年度:
[課題1] 比較ゲノム解析を駆使したアゾキシアルケン化合物の生合成マシナリーの先導的解明、[課題2] ポリケチド化合物の骨格構築酵素の機能解析と構造多様化、およびX線結晶構造解析に基づいた高機能ハイブリッド抗生物質の創製
平成32年度:
[課題3] クオラムセンシング阻害活性の向上を目指したアゾキシアルケン化合物の生合成リデザイン、[課題4] 制御系・生合成代謝系の合理的改変による二次代謝活性化と未同定産物の実用的発酵生産および生合成解析

Outline of Annual Research Achievements

[課題1] 比較ゲノム解析を駆使したアゾキシアルケン化合物の生合成マシナリーの先導的解明およびクオラムセンシング阻害活性の向上を目指した生合成リデザイン:
我々は、KA57-Aと同様にヘキセニルアミン側鎖を有するmaniwamycin合成遺伝子クラスターの次世代シークエンス解析も行い、valanimycin、KA57-Aとの共通ORFを抽出できた。共通因子には機能未知ORFが多いことから、KA57-Aおよびmaniwamycin両クラスターの遺伝子破壊実験を遂行している。
[課題2] ポリケチド化合物の骨格構築酵素の機能解析と構造多様化、およびX線結晶構造解析・計算機シミュレーションに基づいた高機能ハイブリッド抗生物質の創製:ブテノライド型シグナル分子SRBの生合成に関して、P450モノオキシゲナーゼ遺伝子srrOの機能解明を行い、C-6’位の酸化および二次代謝誘導活性への寄与を立証した (Biomolecules 2020)。14員環マクロライド化合物ランカマイシンのP450酵素LkmK,LkmFの機能解析を行い、両酵素の基質認識と生合成経路の解明を達成した(Biosci. Biotechnol. Biochem. 2021)。
[課題3] 制御系・生合成代謝系の合理的改変による二次代謝活性化と未同定産物の実用的発酵生産および生合成解析:休眠二次代謝クラスターに起因する未同定産物の実用的発酵生産を目指し、転写リプレッサーの遺伝子変異や異種発現など多面発現制御を遂行した。Pseudo-repressor遺伝子ホモログsrrBの変異により二次代謝生産が数倍向上することを見いだし、制御機構の合理的改変に立脚した二次代謝生産の汎用的手法を確立した (Front. Microbiol. 2020)。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (70 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (11 results) Journal Article (13 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 5 results) Presentation (44 results) (of which Int'l Joint Research: 15 results,  Invited: 10 results) Remarks (2 results)

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      Volume: 85 Issue: 1 Pages: 115-125

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      40022470529

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      120006884958

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      Volume: - Pages: 1089-1089

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      10.3389/fmicb.2020.01089

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      40022290278

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      Volume: 48 Issue: 4 Pages: 378-381

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      10.1246/cl.181042

    • NAID

      130007624440

    • ISSN
      0366-7022, 1348-0715
    • Year and Date
      2019-04-05
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      Volume: 20 Pages: 100572-100572

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    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9 Issue: 1 Pages: 10973-10973

    • DOI

      10.1038/s41598-019-47406-y

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      120006731228

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      ACS Omega

      Volume: 4 Issue: 2 Pages: 4461-4471

    • DOI

      10.1021/acsomega.8b03470

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      120006799365

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      Volume: 3 Pages: 391-394

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      40021921260

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      荒川 賢治
    • Organizer
      日本生物工学会第71回大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 放線菌Streptomyces rocheiのポリケチド抗生物質LMの生合成に関与するP450水酸化酵素の機能解析2019

    • Author(s)
      手島 愛子, 近藤 寿志, 殿川 亜未, 小中 勇二, 板倉 康浩, 荒川 賢治
    • Organizer
      日本生物工学会第71回大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Streptomyces属放線菌における二次代謝制御因子改変による物質生産性プロファイルの解析2019

    • Author(s)
      見崎 裕也, 岩國 美由季, 高橋 譲, 鈴木 敏弘, 木梨 陽康, 荒川 賢治
    • Organizer
      日本生物工学会第71回大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 含窒素生理活性化合物maniwamycinの生合成経路の解析2019

    • Author(s)
      藤田 昂大, 達川 綾香, 岸本 拓也, 福本 敦, 安齊 洋次郎, 荒川 賢治
    • Organizer
      日本生物工学会第71回大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ブテノライド型シグナル分子の構造多様性およびゲノムマイニングへの応用2019

    • Author(s)
      江口 雄聡, 住吉 美保, 手島 愛子, 荒川 賢治
    • Organizer
      日本生物工学会第71回大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 放線菌Streptoalloteichus hindustanusが生産する新規カチオン性ホモポリアミノ酸の構造決定及びその抗菌活性評価2019

    • Author(s)
      福本 響, 戸口 梨那, 荒川 賢治, 濱野 吉十, 老川 典夫, 山中 一也
    • Organizer
      日本生物工学会第71回大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 休眠二次代謝の覚醒を指向したStreptomyces属放線菌二次代謝制御系の解析2019

    • Author(s)
      見崎 裕也, 岩國 美由季, 高橋 譲, 鈴木 敏弘, 木梨 陽康, 荒川 賢治
    • Organizer
      第3回生合成リデザイン若手シンポジウム
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Overview of biosynthetic machinery, structural redesign, regulatory network, and genome mining in Actinomycetes2019

    • Author(s)
      Kenji Arakawa
    • Organizer
      The 4th A3 Foresight Symposium on Chemical & Synthetic Biology of Natural Products
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Metabolite analysis of biosynthetic gene mutants of the signaling molecule SRB in Streptomyces rochei2019

    • Author(s)
      Aiko Teshima, and Kenji Arakawa
    • Organizer
      The 4th A3 Foresight Symposium on Chemical & Synthetic Biology of Natural Products
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A practical genome mining using butenolide-type signaling molecules in Streptomyces species2019

    • Author(s)
      Yuto Eguchi, Miho Sumiyoshi, Aiko Teshima, and Kenji Arakawa
    • Organizer
      The 4th A3 Foresight Symposium on Chemical & Synthetic Biology of Natural Products
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of metabolic production through rational modification of signaling-molecule regulatory genes coded on the Streptomyces rochei chromosome2019

    • Author(s)
      Yuya Misaki, Miyuki Iwakuni, Toshihiro Suzuki, and Kenji Arakawa
    • Organizer
      The 4th A3 Foresight Symposium on Chemical & Synthetic Biology of Natural Products
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Comprehensive metabolome analysis to explore the biologically active metabolites based on genome sequences2019

    • Author(s)
      Rikito Nishiura, Amirudin Akhmad Fauzi, Yosi Nindita, Junko Hashimoto, Kazuo Shin-ya, Haruo Ikeda, and Kenji Arakawa
    • Organizer
      The 4th A3 Foresight Symposium on Chemical & Synthetic Biology of Natural Products
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Biosynthetic investigation of unique carbocyclic polyketides2019

    • Author(s)
      Hazuki Ogata, Yuji Yukiyoshi, Yuki Inahashi, Yoko Takahashi, Satoshi Omura, Tomohisa Kuzuyama, Chin Piow Wong, Hiroyuki Morita, Takuji Nakashima, and Kenji Arakawa
    • Organizer
      The 4th A3 Foresight Symposium on Chemical & Synthetic Biology of Natural Products
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Analysis of the biosynthetic machinery of azoxyalkene compounds2019

    • Author(s)
      Kota Fujita, Ayaka Tatsukawa, Takuya Kishimoto, Atsushi Fukumoto, Yojiro Anzai, and Kenji Arakawa
    • Organizer
      The 4th A3 Foresight Symposium on Chemical & Synthetic Biology of Natural Products
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Natural products discovery through microbial genome mining approaches and extensive analysis of their biosynthetic machineries and biological activities2019

    • Author(s)
      Kenji ARAKAWA
    • Organizer
      The Sixth Biology National Seminar (Menara Phinisi UNM, Universitas Negeri Makassar, Indonesia)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Remarks] 細胞機能化学研究室・荒川グループのホームページ

    • URL

      https://home.hiroshima-u.ac.jp/karakawa/index.html

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Remarks] 細胞機能化学研究室・荒川グループのホームページ

    • URL

      http://home.hiroshima-u.ac.jp/mbiotech/5lab/Arakawa/intro-J.html

    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2021-12-27  

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