2019 Fiscal Year Final Research Report

"A Sweet and Calorie-free Bacillus!?": Production of L-glucose in B. subtilis

Research Project

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Project/Area Number	16H04895
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Research Field	Applied microbiology
Research Institution	University of Tsukuba
Principal Investigator	Nakamura Akira 筑波大学, 生命環境系, 教授 (10207863)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	吉田健一神戸大学, 科学技術イノベーション研究科, 教授 (20230732) 矢嶋俊介東京農業大学, 生命科学部, 教授 (90301548)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2020-03-31
Keywords	L-glucose / L-gluconate / 枯草菌 / イノシトール / 醗酵生産 / 結晶構造解析 / 部位特異的変異
Outline of Final Research Achievements	In this study we aimed to construct an L-glucose production system in Bacillus subtilis by heterologous expression of iolM, iolN and lgnH genes to produce L-gluconate from myo-inositol. By using synthetic genes optimized for the codon usages of B. subtilis and a strong promoter, these genes can be expressed in B. subtilis at some extent. We introduced these three genes as an operon on a plasmid to B. subtilis strain deficient for intrinsic inositol catabolic genes, however, conversion of myo-inositol to L-gluconate was not observed. It may be due to low expression of these genes. On the other hand, to obtain a mutant protein of LgdA (L-glucose dehydrogenase) having reverse reaction activity, we have determined its three-dimensional structure. We identified several residues for substrate binding, of which R178 was proven to be essential for inositol dehydrogenation activity, but not for L-glucose dehydrogenation.
Free Research Field	応用微生物学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	当初予定していた、枯草菌を宿主としたL-グルコース醗酵生産系の確立には至らなかったが、本研究成果をもとにさらに検討を加えることにより、達成は可能であると考えている。将来的にはmyo-inositolという安価な材料からL-グルコースを生産することが可能になると期待される。また、新規酵素LgdAの立体構造を明らかにし、その構造・機能相関を解析した点、特にR178残基の変異によりL-グルコースにのみ活性を有する酵素が創出できた点は、学術的に意義がある。