翻訳システム改変による人工細胞創成

• Project Area: Synthetic biology for the comprehension of biomolecular networks
• Project/Area Number: 24119515
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 宮崎 健太郎 独立行政法人産業技術総合研究所, 生物プロセス研究部門, 研究グループ長 (60344123)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000); Fiscal Year 2013: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2012: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
• Keywords: リボソーム / 翻訳 / 宿主 / 16S rRNA / 遺伝子発現 / 表現型 / 機能改変 / 合成生物学 / メタゲノム

Research Abstract

大腸菌の翻訳プロファイル改変を目的に、リボソームの改変を行った。様々な環境よりメタゲノムより16S rRNA遺伝子をPCR増幅した。得られた増幅産物を16S rRNA遺伝子発現ベクターに組み込み、次いで大腸菌16S rRNA遺伝子欠損株Δ7株を形質転換した。ショ糖によるカウンターセレクションにより機能相補株を選抜し、数万規模のライブラリーを構築した。コロニーの大きさなどの観点からいくつかの変異株を選抜し、16S rRNA遺伝子の配列解析を行った結果、大腸菌の属するプロテオバクテリアとは門(Phylum)のレベルで異なる遺伝子が生育を相補することを 示した。これらの変異株の生育速度は野生株（Δ7株を大腸菌16S rRNAで機能相補した株）と比較して遅い値を示したが、実験室内進化を行うことにより、生育速度の短縮した変異株を得ることに成功した。変異株に含まれる16S rRNA遺伝子を解析した結果、大腸菌に残存する16S rRNA遺伝子断片と一部の領域で組換えが生じていることが判明した。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] New insights into the catalytic active-site structure of multicopper oxidases. (2014)
  • Author(s): Komori H, Sugiyama R, Kataoka K, Miyazaki K, Higuchi Y, Sakurai T
  • Journal Title: Acta Crystallogr D Biol Crystallogr Volume: 70 Issue: 3 Pages: 772-779
  • DOI: 10.1107/s1399004713033051
  • NAID: 120005451980
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bacterial cellular engineering by genome editing and gene silencing (2014)
  • Author(s): Nakashima N, Miyazaki K
  • Journal Title: Int J Mol Sci Volume: 15 Issue: 2 Pages: 2773-2793
  • DOI: 10.3390/ijms15022773
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 16SrRNAの「水平伝播」―異種16SrRNAによる遺伝的相補― (2014)
  • Author(s): 宮崎 健太郎、佃 美雪、佐藤 允治
  • Journal Title: 化学と生物 Volume: 52 Pages: 70-72
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metagenomic screening for aromatic compound-responsive transcriptional regulators. (2013)
  • Author(s): Uciyama T, Miyazaki K
  • Journal Title: PLoS One Volume: 8 Issue: 9 Pages: e75795-e75795
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0075795
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DNA fragmentation caused by an overdose of Zeocin. (2013)
  • Author(s): Tsukuda M, Miyazaki K
  • Journal Title: J Biosci Bioeng Volume: 116 Issue: 5 Pages: 644-646
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2013.05.004
  • NAID: 110009685220
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Directed evolution study unveiling key sequence factors that affect translation. efficiency in Escherichia coli. (2013)
  • Author(s): Tsukuda M, Miyazaki K
  • Journal Title: J Biosci Bioeng Volume: 116 Issue: 5 Pages: 540-545
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2013.05.013
  • NAID: 110009685200
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of a novel β-glucosidase from a compost microbial metagenome with strong transglycosylation activity. (2013)
  • Author(s): Uchiyama T, Miyazaki K, Yaoi K
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 288 Issue: 25 Pages: 18325-18334
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.471342
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct electron transfer to a metagenome-derived laccase fused to affinity tags near the electroactive copper site. (2013)
  • Author(s): Tsujimura S, Asahi M, Goda-Tsutsumi M, Shirai O, Kano K, Miyazaki K
  • Journal Title: Phys Chem Chem Phys Volume: 15 Issue: 47 Pages: 20585-20589
  • DOI: 10.1039/c3cp53096e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Meeting Report: 1st International Functional Metagenomics Workshop May 7–8, 2012, St. Jacobs, Ontario, Canada (2013)
  • Author(s): Engel K, Ashby D, Brady SF, Cowan DA, Doemer J, Edwards EA, Fiebig K, Martens EC, McCormac D, Mead DA, Miyazaki K, Moreno-Hagelsieb G, O'Gara F, Reid A, Rose DR, Simonet P, Sjöling S, Smalla K, Streit WR, Tedman-Jones J, Valla S, Wellington EMH, Wu C-C, Liles MR, Neufeld JD, Sessitsch A, Charles TC
  • Journal Title: Standards in Genomic Sciences Volume: 8 Issue: 1 Pages: 106-111
  • DOI: 10.4056/sigs.3406845
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cloning, expression and characteristics of a novel alkalistable and thermostable xylanase encoding gene (Mxyl) retrieved from compost-soil metagenome. (2013)
  • Author(s): Verma D
  • Journal Title: PLoS One Volume: 8 Issue: 1 Pages: e52459-e52459
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0052459
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mutational robustness of 16S ribosomal RNA, shown by experimental horizontal gene transfer in Escherichia coli. (2012)
  • Author(s): Kitahara K
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci USA Volume: 109 Issue: 47 Pages: 19220-19225
  • DOI: 10.1073/pnas.1213609109
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] リボソームに翻訳以外の機能がある ―リボヌクレアーゼ作用阻害 (2012)
  • Author(s): 宮崎健太郎
  • Journal Title: 生体の科学 Volume: 63 Pages: 356-357
• [Journal Article] リボソームに翻訳以外の機能を発見:16S rRNA ヘリックス41によるリボヌクレアーゼT2の阻害 (2012)
  • Author(s): 宮崎健太郎
  • Journal Title: 産総研TODAY Volume: 12 Pages: 20-20
• [Presentation] Escherichia coli host engineering for efficient enzyme discovery (2014)
  • Author(s): Miyazaki K
  • Organizer: AMBC 2014
  • Place of Presentation: Bangkok International Trade & Exhibition Centre (Bangkok, Thailand)
  • Invited
• [Presentation] Escherichia coli host engineering for efficient enzyme discovery (2014)
  • Author(s): Miyazaki K
  • Organizer: Kasetsart University Seminar
  • Place of Presentation: Kasetsart University (Bangkok,Thailand)
  • Invited
• [Presentation] メタゲノム手法は培養法を凌駕するのか:遺伝子資源取得に際しての手法間の比較 (2014)
  • Author(s): 末永 光、水田 志織、宮崎 健 太郎、矢追 克郎
  • Organizer: 日本農芸化学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 明治大学（神奈川県川崎市）
• [Presentation] リボソーマルRNAの人工水平伝播による大腸菌宿主デザイン (2014)
  • Author(s): 宮崎 健 太郎
  • Organizer: 日本農芸化学会2014年度大会
  • Place of Presentation: 明治大学（神奈川県川崎市）
  • Invited
• [Presentation] 腸内細菌目の16S rRNAの網状進化 (2014)
  • Author(s): 佐藤 允治、宮崎 健太郎
  • Organizer: 第8回 日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学（東京都世田谷区）
• [Presentation] 16S rRNA置換変異による大腸菌宿主改良 (2013)
  • Author(s): 佃美雪
  • Organizer: 第2回リボソームミーティング
  • Place of Presentation: 東京農工大学(東京都)
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] 系統ネットワーク法で見る腸内細菌目16S rRNAの網状進化 (2013)
  • Author(s): 佐藤允治
  • Organizer: 第2回リボソームミーティング
  • Place of Presentation: 東京農工大学(東京都)
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] メタゲノム由来新奇βーグルコシダーゼの性状解析 (2013)
  • Author(s): 内山拓
  • Organizer: 日本農芸化学会2013年度大会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] β-グルコシダーゼのグルコース阻害耐性と基質特異性における構造基盤 (2013)
  • Author(s): 城俊徳
  • Organizer: 日本農芸化学会2013年度大会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
  • Year and Date: 2013-03-26
• [Presentation] Escherichia coli host engineering for efficient enzyme discovery (2013)
  • Author(s): Miyazaki K
  • Organizer: 2013 SIMB Annual Meeting
  • Place of Presentation: Hotel Sheraton (San Diego, USA)
  • Invited
• [Presentation] Escherichia coli host engineering for efficient enzyme discovery (2013)
  • Author(s): Miyazaki K
  • Organizer: Enzyme Engineering XI Conference
  • Place of Presentation: 富山国際会議場（富山県富山市）
• [Presentation] 大腸菌への遺伝子水平伝播実験により示された16SrRNAの種間和合性 (2013)
  • Author(s): 北原 圭、宮崎 健太郎
  • Organizer: 第10回 21世紀大腸 菌研究会
  • Place of Presentation: ホテル大観（静岡県伊豆市）
• [Presentation] 枯草菌グルコマンナンオペロンを利用したセルラーゼの探索方法 (2013)
  • Author(s): 劉 生浩, 五十嵐一暁, 尾崎克也, 矢追 克郎, 宮崎 健太郎
  • Organizer: 第27回セルラーゼ研究会
  • Place of Presentation: 花王霞ヶ浦研修所（茨城県稲敷郡）
• [Presentation] 生成物阻害を受けないβ―グルコシダーゼの性状解析 (2013)
  • Author(s): 内山拓, 宮崎 健太郎, 矢追 克郎
  • Organizer: 第27回セルラーゼ研究会
  • Place of Presentation: 花王霞ヶ浦研修所（茨城県稲敷郡）
• [Presentation] メタゲノム由来新規β―グルコシダーゼの性状解析 (2013)
  • Author(s): 内山拓, 宮崎 健太郎, 矢追 克郎
  • Organizer: 日本応用糖質科学会平成25年度大会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学（鹿児島県鹿児島市）
• [Presentation] Escherichia coli host engineering for efficient enzyme discovery (2013)
  • Author(s): 佃 美雪、宮崎 健太郎
  • Organizer: CBI学会2013年大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
• [Presentation] アンチセンスRNAを用いた新規カウンターセレクション技術の開発 (2013)
  • Author(s): 佃 美雪、中島 信孝、宮崎 健太郎
  • Organizer: 細胞を創る研究会6.0
  • Place of Presentation: 慶応大学（山形県鶴岡市）
• [Presentation] RibosomalRNAの人工水平伝播による大腸菌宿主デザイン (2013)
  • Author(s): 佃 美雪、宮崎 健太郎
  • Organizer: 細胞を創る研究会6.0
  • Place of Presentation: 慶応大学（山形県鶴岡市）
• [Presentation] Ribosomal RNAの人工水平伝播による大腸菌宿主デザイン (2013)
  • Author(s): 宮崎 健太郎
  • Organizer: バイオインダストリー協会シンポジウム 産業微生物の力を深化させる日本の技～育種の最前線～ 我が国独自の起点・技術から
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
  • Invited
• [Presentation] 16S rRNAの置換変異による大腸菌宿主デザイン (2012)
  • Author(s): 佃美雪
  • Organizer: 「細胞を創る」研究会5.0
  • Place of Presentation: 東京工業大学(神奈川県)
  • Year and Date: 2012-11-21
• [Presentation] メタゲノムからの有用遺伝子探索 (2012)
  • Author(s): 宮崎健太郎
  • Organizer: 次世代シーケンス東京セミナー・メタゲノムセミナー
  • Place of Presentation: 秋葉原UDX(東京都)
  • Year and Date: 2012-10-25
  • Invited
• [Presentation] メタゲノム由来GH1β-グルコシダーゼTd-2F2のグルコース阻害耐性の構造基盤 (2012)
  • Author(s): 城俊徳
  • Organizer: 日本応用糖質科学会平成24年度大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学(東京都)
  • Year and Date: 2012-09-19
• [Presentation] 16SリボソームRNA のへリックス41はリボヌクレアーゼ I の特異的インヒビターである (2012)
  • Author(s): 北原圭
  • Organizer: 第9回 21世紀大腸菌研究会
  • Place of Presentation: 長浜バイオ大学(滋賀県)
  • Year and Date: 2012-06-21
• [Presentation] Functional screening strategy (2012)
  • Author(s): 宮崎健太郎
  • Organizer: International Functional Metagenomics Workshop
  • Place of Presentation: Stone Crock(カナダ)
  • Year and Date: 2012-05-07
  • Invited
• [Book] Diversity and Evolution of Aromatic Degradation Pathway Enzymes in an Activated Sludge (2014)
  • Author(s): Miyazaki K
  • Total Pages: 16
  • Publisher: Springer Japan
• [Book] Extradiol dioxygenases retrieved from the metagenome (2013)
  • Author(s): Miyazaki K
  • Total Pages: 5
  • Publisher: Springer- Verlag Berlin Heidelberg
• [Remarks] 産総研 生物プロセス研究部門 合成生物工学研究グループ
  • URL: https://staff.aist.go.jp/miyazaki-kentaro/group/index.html
• [Remarks] 合成生物工学研究グループ【生物プロセス研究部門】
  • URL: https://unit.aist.go.jp/bpri/bpri-synthe/
• [Remarks] 生物種を越えた16S rRNA遺伝子の機能相補性を確認
  • URL: http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2012/pr20121030/pr20121030.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 翻訳特性の改変された大腸菌 (2013)
  • Inventor(s): 宮崎健太郎、佃 美雪
  • Industrial Property Rights Holder: 産業技術総合研究所
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2013-03-13
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] 翻訳特性の改変された大腸菌 (2012)
  • Inventor(s): 宮崎健太郎、佃 美雪
  • Industrial Property Rights Holder: 産業技術総合研究所
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2012-102128
  • Filing Date: 2012-04-27