Emergence of switching functions through accumulation of random mutations

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H01791
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: Umeno Dsisuke 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (00400812)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河合 繁子 千葉大学, 大学院工学研究院, 助教 (40638920)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 進化分子工学 / 合成生物学 / 転写因子 / ランダム変異 / 安定性調節 / 融合タンパク質 / 代謝物 / スクリーニング

Outline of Final Research Achievements

Thermal Shift Assay (TSA) is widely used for analyzing/screening interaction between small molecules and proteins. In this project, we established the non-destructive-, single cell, and realtime- in vivo TSA. We found that upon random mutagenesis enzymes frequently becomes substrate-dependent folders via moderately de-stabilization. By in-frame fusion of this substrate-addicted enzyme with reporter proteins such as transcription factors, we could rapidly develop various metabolite biosensors specific to the substrates for those enzymes．

Free Research Field

進化分子工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

遺伝コードされたバイオセンサーは様々な分野で応用されているが，　バイオセンサーの標的とし得る代謝物はごく限られている．本研究は実質的にどのような酵素もセンサーの素材にすることを可能とした．本技術を用いれば，ほとんどあらゆる代謝物のセンサーが構築できる．種々の有価物質生産株の樹立や生合成工学の工程を飛躍的に効率化するものと期待している．
また本研究は，レポータとして，転写調節タンパク質の機能を選択している．その調節下にさまざまな遺伝子機能を配置することによって，細胞内に研究者が（再）構成する生合成経路や制御ネットワークを，任意の代謝物の濃度に連動させてダイナミック運転することが可能となった．