2020 Fiscal Year Annual Research Report
Overcoming fermentation inhibition for improved production of aromatic compounds by recombinant Escherichia coli
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16K07665
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
川口 秀夫 神戸大学, 科学技術イノベーション研究科, 特命准教授 (50463873)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
寺村 浩 神戸大学, 科学技術イノベーション研究科, 学術研究員 (10645089) [Withdrawn]
蓮沼 誠久 神戸大学, 先端バイオ工学研究センター, 教授 (20529606)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | Escherichia coli / fermentation inhibition / lignocellulosic bimass / phenyllactate / metabolism |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題の目的は、大腸菌による芳香族化合物発酵の飛躍的効率化につながるバイオマス由来発酵阻害の克服であり、そのために芳香族化合物生合成における基盤代謝であるシキミ酸経路の“発酵阻害”メカニズムの解明を研究した。イネ科の高バイオマス植物であるソルガムをモデル植物バイオマスとして、①成分分析による発酵阻害物質の特定、②発酵生産のメタボロームによる阻害作用点の特定、③阻害作用点の代謝改変による発酵阻害の克服、の３つの研究項目を実施した。これにより、医薬品や高機能ポリマーの原料となる芳香族化合物をバイオマスから生産するための基盤となる宿主大腸菌の創出に取り組んだ。
項目①では16品種のソルガム残渣を材料にその構成成分を比較し、またこの酵素糖化液に含まれる発酵阻害物質を測定することで、品種特異的な成分差を明らかにした。このソルガム糖化液に含まれる発酵阻害物質を化学構造から5分類し、項目②ではメタボローム解析により化合物構造に特異的な阻害作用点を網羅的に明らかにした。5種の化合物群は大腸菌によるフェニル乳酸発酵における発酵阻害作用の濃度依存性に大きな違いがあった。項目③では、発酵阻害作用点と関連性の高い酵素を過剰発現させることで、特定の化合物群に対する発酵阻害を軽減できることを明らかにした。
リグノセルロース系バイオマスの糖化液は多様な成分で構成れるため、その発酵阻害の影響を予測することはこれまで困難であった。本研究を通じて化合物構造ごとに阻害作用の濃度依存性を明らかにしたことで、多様なリグノセルロース系バイオマスの利用対して波及効果のある基盤情報を得ることができた。宿主開発においては多様な化合物に対する発酵阻害の完全な克服は達成できなかったが、発酵阻害作用点とその改善方法を例示したことは、将来的に解決策を論理的にデザインできる環境を整えた点で、学術的意義のある成果と捉えることができる。
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