2014 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Synthetic biology for the comprehension of biomolecular networks |
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| Project/Area Number |
23119002
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
花井 泰三 九州大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (60283397)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
饗場 浩文 名古屋大学, その他の研究科, 教授 (60211687)
濱田 浩幸 九州大学, (連合)農学研究科(研究院), 助教 (80346840)
岡本 正宏 九州大学, (連合)農学研究科(研究院), 教授 (40211122)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 合成生物学 / シミュレーション / トグルスイッチ / 人工遺伝子回路 / 合成代謝経路 / 2成分制御系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本計画研究班の研究目的は、生体分子10要素以下の少数要素で構成され、望みの動的挙動を実現するための人工遺伝子回路を生体内（in vivo）に構築することである。この目的を達成するために、1）安定動作するトグルスイッチの構築、2）トグルスイッチの応用研究、3）センサータンパク質の改良、4）クオラムセンシングを利用した応用研究を行っている。
1）については、すでにある程度安定動作するトグルスイッチの作成に成功しているが、さらに安定な構造を持つトグルスイッチの改良のために、詳細な構造的数学モデルを作成する必要があると考え、各プロモータに関する基礎データを測定した。2）に関しては、すでにイソプロパノール生産とTCAサイクルの競合に適応しているが、さらに、バイオリファイナリーに重要な化学物質である3ヒドロキシプロピオン酸の生産経路にトグルスイッチを応用し、生産量の向上が見られた。3）に関しては、すでにシアノバクテリア由来の2成分制御系を大腸菌内に導入し、緑色光下で遺伝子発現をON、赤色光下でOFFにする光スイッチの開発に成功しているが、さらに、シアノバクテリアの光波長センサータンパク質CcaSと大腸菌の嫌気センサータンパク質ArcBとのキメラ（ArcaS）を作成し、大腸菌レギュロンの発現を光制御することに成功した。
4）に関しては、クオラムセンシングのプロモータの前後にラックオペレータを導入することで、培養開始時のIPTG濃度に応じて、遺伝子発現が誘導される菌体密度を調整することが可能となった。このことにより望みの菌体密度で遺伝子発現誘導可能な菌体濃度センサーの作成に成功した。この菌体濃度センサーをトグルスイッチと組み合わせ、イソプロパノール生産系に利用したところ、望みの菌体密度でトグルスイッチが動作し、効率的なイソプロパノール生産が実現した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本計画研究班では、細胞内外の環境をモニターするセンサーの開発、センサーの情報を利用して動作を行う人工遺伝子回路、物質生産を行うための合成代謝経路の開発、およびそれらの生体分子パーツを組み合わせて、「周囲の環境を感知し、物質生産を有利に行うように、自ら状況に応じた制御を行う自律生産微生物の構築」を目標としている。今年度の結果で、初歩的なプロトタイプではあるが、菌体濃度を感知して、細胞内の代謝経路大きく変更し、物質を生産する大腸菌の創生に成功し、全体の目標を達成できたと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
トグルスイッチおよび菌体濃度センサーに関しては、動作のさらなる安定化のため、数理モデルを構築し、改良点を明らかにする。また、これらの生体分子素子のさらなる応用研究を模索する。光感応スイッチに関しては、シアノバクテリアCcaS-CcaRを用いて、複数の大腸菌レギュロンの発現を光波長制御するため、ヒスチジンキナーゼ間のキメラに加えて、レスポンスレギュレーター間のキメラを設計・作成する。さらに、領域内の他の班との共同研究を行い、多要素で動的な生体分子ネットワークの構築を目指す。
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