2015 Fiscal Year Annual Research Report
実験室進化実験による３－ヒドロキシプロピオン酸高生産大腸菌の合理的育種
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15J06350
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
徳山 健斗 大阪大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC1)
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2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | 進化工学 / 物質生産 / ゲノムスケールモデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微生物の代謝を利用した生産プロセスは、環境への負荷が少なく持続的な生産を可能とするプロセスとして期待されている。代謝による物質生産を高度化するには、代謝全体を目的物質生産に適した状態へと改変する必要がある。生物は、元来置かれた環境に適応し、細胞内の代謝状態を自然に最適化するという性質を有しており、この特徴を代謝改変に利用できないかと考えた。実験室進化実験は、同一培養環境下で継代培養することで増殖速度が向上するよう株を育種する手法である。細胞が増殖すればするほど目的物質を生産する増殖連動型の生産株に実験室進化実験を行えば、生産性向上が期待できる。本研究では、計算機上で再構築されたゲノムスケールの代謝反応モデルを用いて増殖連動型の有用物質生産大腸菌を構築し、さらに実験室進化実験により適応進化させることで高生産株育種を目指す。さらに生産株のオミクス解析を行い、生産性向上に寄与した代謝変動を解明する。
本年度は、ゲノムスケール代謝反応モデルを用いて、コハク酸や3-ヒドロキシプロピオン酸生産に有効な多重遺伝子破壊候補の探索を行った。次に、実験室進化実験を実施するために培養条件等を検討することで、試験管を用いた継代培養系を確立した。
増殖連動型のコハク酸生産が予測された多重遺伝子破壊株を構築し、1ヶ月間の継代培養により進化株を獲得した。獲得した進化株と親株を培養したところ、100世代目進化株のいずれにおいても代謝反応モデルの予測どおり、増殖速度の向上に連動したコハク酸生産収率の向上が確認された。5重遺伝子破壊の進化株においては、進化前に比べてコハク酸収率が3.1倍から4.3倍に向上し、最高で0.25 mol/molの収率を示した。本結果より、in silico代謝シミュレーションに基づいた増殖連動型生産株に対し、実験室進化実験による細胞増殖能の改善は高生産株育種に有効であると示した。
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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
平成27年度まで、ほぼ計画通り、ゲノムスケール代謝反応モデルに基づいた増殖連動型の目的物質生産株を設計と継代培養実験による実験室進化実験を行い、コハク酸高生産株の育種に成功し、研究は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成28年度以降は、バイオリアクターを用い微好気条件下でのコハク酸生産性の評価と連続培養による実験室進化実験を行うことで、更なるコハク酸生産性向上をねらう。また、生産性向上に寄与した代謝変動と因子を解明するために、獲得した進化株のゲノムのリシークエンスによる全ゲノム一塩基変異解析、炭素同位体標識を用いた代謝フラックス解析を行う。
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