バイオリファイナリーのための共生クロレラのマルトース分泌メカニズムの解明

• Project Area: "Matryoshka"-type evolution of eukaryotes
• Project/Area Number: 26117716
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 藍川 晋平 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (40567252)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2015: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2014: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
• Keywords: 微細藻 / バイオテクノロジー / 共生藻 / 応用微生物 / 植物生理学

Outline of Annual Research Achievements

近年，原油の枯渇により，穀物から微生物による発酵プロセスで液体燃料や汎用化成品原料を生産するバイオリファイナリーの構築が進められている．しかし，この穀物の利用は食糧生産と競合するため，食糧価格高騰の問題を抱えている．研究代表者は繊毛虫と共生し，マルトースを細胞外に分泌する共生クロレラに注目した．共生クロレラにマルトースを高分泌させ，同時に微生物が発酵生産する事ができれば，前処理不要の生産プロセスを構築できる．しかし，共生クロレラのマルトース生産能は充分に評価されていない．そこで本研究では共生クロレラが分泌するマルトースをバイオリファイナリーの糖質源として利用するために，マルトース分泌機構の解明を通して，共生クロレラのマルトース生産能を評価する.
平成27年度は，前年度に開発した培養システムを用いて，培養条件が共生クロレラのマルトース分泌能に及ぼす影響を調べた．その結果，二酸化炭素濃度を1%まで増加させることで，培養上清中のマルトース濃度を40 mg/Lに増加させることができた．そして，濃縮した培養上清から酵母によるエタノール発酵を行った結果，理論収率の20%で0.2 g/Lのエタノールを生産する事に成功した．共生クロレラが生産したマルトースを利用し，発酵プロセスを構築可能であることがわかった．さらに異なる二酸化炭素濃度条件での共生クロレラの細胞内代謝物の網羅的な解析を行ったところ，デンプン合成経路の代謝物が蓄積していることが明らかになった．デンプン合成能の強化によって，更に共生クロレラのマルトース生産能を強化できると考えられる．

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Improving polyglucan production in cyanobacteria and microalgae via cultivation design and metabolic engineering. (2015)
  • Author(s): S. Aikawa, S.-H. Ho, Nakanishi, J.-S. Chang, T. Hasunuma, A. Kondo.
  • Journal Title: Biotechnology Journal Volume: 10 Issue: 6 Pages: 886-898
  • DOI: 10.1002/biot.201400344
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Light adaptation of the unicellular red alga Cyanidioschyzon merolae, proved by time-resolved fluorescence spectroscopy (2015)
  • Author(s): Y. Ueno, S. Aikawa, A. Kondo, S. Akimoto
  • Journal Title: Photsynthesis Research Volume: 印刷中 Issue: 1-2 Pages: 211-218
  • DOI: 10.1007/s11120-015-0078-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Energy transfer in Anabaena variablilis filaments under nitrogen depletion, studied by time-resolved fluorescence (2015)
  • Author(s): A. Onishi, S. Aikawa, A. Kondo, S. Akimoto
  • Journal Title: Photsynthesis Research Volume: 印刷中 Issue: 1-2 Pages: 191-199
  • DOI: 10.1007/s11120-015-0089-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Differences in energy transfer of a cyanobacterium, Synechococcus sp. PCC 7002 (2015)
  • Author(s): K. Niki, S. Aikawa, M. Yokono, A. Kondo, S. Akimoto
  • Journal Title: Photsynthesis Research Volume: 印刷中 Issue: 1-2 Pages: 201-210
  • DOI: 10.1007/s11120-015-0079-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Changes in lignin and polysaccharide components in 13 cultivars of rice straw following dilute acid pretreatment as studied by solution-state 2D 1H-13C NMR (2015)
  • Author(s): H. Teramura, K. Sasaki, T. Oshima, S. Aikawa, F. Matsuda, M. Okamoto, T. Shirai, H. Kawaguchi, C. Ogino, M. Yamasaki, J. Kikuchi, A. Kondo.
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 10 Issue: 6 Pages: e0128417-e0128417
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0128417
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Construction of a Genome-Scale Metabolic Model of Arthrospira platensis NIES-39 and Metabolic Design for Cyanobacterial Bioproduction. (2015)
  • Author(s): K. Yoshikawa, S. Aikawa, Y. Kojima, Y. Toya, C. Furusawa, A. Kondo, H. Shimizu
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 10 Issue: 12 Pages: e0144430-e0144430
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0144430
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Overexpression of flv3 improves photosynthesis in the cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 by enhancement of alternative electron flow (2015)
  • Author(s): 4.T. Hasunuma, M. Matsuda, Y. Senga, S. Aikawa, M. Toyoshima, G. Shimakawa, C. Miyake, A. Kondo
  • Journal Title: Biotechnology for Biofuels Volume: 7 Issue: 1 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1186/s13068-014-0183-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A pilot-scale floating closed culture system for the multicellular cyanobacterium Arthrospira platensis NIES-03 (2014)
  • Author(s): Toyoshima, M., Yamagishi, T., Aikawa, S., Kondo, A., Kawai, H.
  • Journal Title: J. Appl. Phycol. Volume: 27 Issue: 6 Pages: 0-0
  • DOI: 10.1007/s10811-014-0484-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Direct and high-productive conversion from a cyanobacterium Arthrospira platensis to ethanol (2016)
  • Author(s): S. Aikawa, K. Inokuma, H. Tomohisa, A. Kondo
  • Organizer: Metabolic Engineering 11
  • Place of Presentation: Awaji Yumebutai International Conference Center (Awaji, Hyogo, Japan)
  • Year and Date: 2016-06-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Development of bioprocess using symbiotic algae producing maltose (2015)
  • Author(s): S. Aikawa
  • Organizer: 2nd International Symposium on Matryoshka-type Evolution on Eukaryotic Cells
  • Place of Presentation: University Hall of University of Tsukuba (Tsukuba, Ibaraki, Japan)
  • Year and Date: 2015-09-30
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] バイオリファイナリーのための共生クロレラのマルトース分泌メカニズムの解明 (2014)
  • Author(s): 藍川晋平
  • Organizer: 第3回マトリョーシカ型生物学研究会
  • Place of Presentation: 神戸大学百年記念館（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2014-07-11 – 2014-07-13
• [Presentation] 発酵生産プロセスのための海洋性ラン藻の利用 (2014)
  • Author(s): 藍川晋平，西田篤実，蓮沼誠久，近藤昭彦
  • Organizer: 第16回マリンバイオテクノロジー学会大会
  • Place of Presentation: 三重大学生物資源学（三重県・津市）
  • Year and Date: 2014-05-31 – 2014-06-01
• [Presentation] 共生クロレラを用いたバイオ生産プロセスの開発 (2014)
  • Author(s): 藍川晋平
  • Organizer: 原生生物合同セミナー
  • Place of Presentation: 神戸大学六甲キャンパス（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2014-05-24 – 2014-05-25
  • Invited