Construction of biosynthetic platform based on metabolism logic of actinomycete and elucidation of the function of unknown biosynthetic gene
Publicly Offered Research
| Project Area | Creation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries |
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| Project/Area Number |
19H04666
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
高橋 俊二 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, ユニットリーダー (30311608)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 放線菌 / 一次代謝 / 二次代謝 / 天然化合物 / 合成生物学 / 代謝エンジニアリング / ポリケチド / テルペノイド / 生合成プラットフォーム / 生合成プラットホーム / 合成生物 / プロモーター改変 |
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| Outline of Research at the Start |
放線菌Streptomyces reveromyceticusの中心代謝経路の解析データを収集することによって、培養後期に駆動する一次代謝酵素遺伝子のプロモーターを見出し、テルペノイド生産システム構築に活用する。また、バイパス酵素を用いた生合成基質の再合成系構築、テルペノイド特異的トランスポーター開発によって生産性向上を図り、未知遺伝子の機能解明及び新規化合物生産に適応できる高度な生合成プラットフォームを構築する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
植物・微生物は様々な有用化合物の宝庫であり、これらは医薬品など多岐に亘る需要がある。立体特異的な構造を有するため、大量生産には生物生産系の活用が必須である。近年、多くの微生物由来の二次代謝生合成遺伝子群の存在が判明しており、遺伝子資源を化合物資源へ変換する基盤の構築が必要である。本研究では、放線菌二次代謝生合成に繋がる鍵反応を一次代謝系から見出し天然化合物を高生産することを目的とした。
放線菌の二次代謝物の生産能力は、一次代謝からの前駆体生産能力との関連が予想されるが、一次代謝機構を詳細に検討した研究は少ない。そこで、安定同位体標識されたグルコースを用いた解糖系とペントースリン酸経路の寄与率の解析、質量分析手法を用いた細胞内タンパク質の同定と経時的な変動、及び一次代謝経路のメタボローム解析情報を統合した結果、ペントースリン酸経路、TCA回路には代謝中間産物が培養後期にも蓄積していた。この結果を基盤として、一次代謝経路によって生成される還元力NADPHの二次代謝生合成経路への供給に着目した。また、一次代謝経路で代謝される炭素源の消失を抑え、二次代謝物の生産を増強するために、TCA回路から炭素源を回収し、二次代謝系に再活用する反応にも着目した。
放線菌を用いて、関連する一次代謝酵素遺伝子の導入を行い、得られた形質転換体を用いて二次代謝物の生産評価を行った。テルペノイド及びポリケチドの骨格に由来する一次代謝系の前駆体は、アセチルCoAであることから、ボツリオコッセン、リベロマイシンの生産量を測定することで二次代謝生合成の増強を検証した。その結果、特にポリケチド化合物の生産増強には還元力の増強が有効であることが判明した。本研究援助により、放線菌二次代謝に関与する重要な一次代謝系を解明することに成功した。また、有用プロモーター及び排出システム開発については、今後の研究基盤を構築できた。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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Report
(2 results)
Research Products
(16 results)
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[Journal Article] An integrated screening system for the selection of exemplary substrates for natural and engineered cytochrome P450s2019
Author(s)
Kanoh Naoki, Kawamata-Asano Ayano, Suzuki Kana, Takahashi Yusuke, Miyazawa Takeshi, Nakamura Takemichi, Moriya Takashi, Hirano Hiroyuki, Osada Hiroyuki, Iwabuchi Yoshiharu, Takahashi Shunji
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 9
Issue: 1
Pages: 18023-18023
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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