2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of hydrogen-driven biorefinery platform by modification of energy metabolism
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18K04853
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
中島田 豊 広島大学, 統合生命科学研究科(先), 教授 (10281164)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | カーボンリサイクル / 二酸化炭素 / 水素 / ホモ酢酸菌 / 好熱性菌 / 発酵 / ATP / 好熱性菌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、昨年度までにガス発酵でのエタノール生産のボトルネックとなる酢酸非生成変異株のH2-CO2代謝のボトルネック解消のため、ギ酸テトラヒドロ葉酸リガーゼ遺伝子(fthfl)過剰発現株を作製したが、H2-CO2代謝時の増殖特性は、野生株と比較して変化がなかった。そこで、本年度は、ATP不足の解消を中心とする検討を行うこととした。
一つは糖代謝によるATP生産を利用したH2-CO2の資化性向上を期待して、フルクトースに加えてH2-CO2混合ガスを添加し、エタノールの発酵生産を試みたところ、予想外にaldhΔpduL1ΔpduL2株の生育が強く抑制された。原因を調べるため、CO2のみ、H2のみをそれぞれ添加すると、H2の添加が原因であることが分かった。この、増殖阻害の原因は還元バランスの崩れであると推測している。
また、ATP供給の手段として、DMSOを電子受容体とする嫌気呼吸を利用しエタノール生産を高めることができるか検証した。エタノール生産aldhΔpduL2株はH2-CO2培養ではATPが不足し増殖しないが、DMSOを培地に添加すると増殖の顕著な増加が見られた。加えてATP不足を示す代謝物ギ酸の蓄積が消失し、細胞内ATP量の増加を強く示唆した。しかしエタノール生産は全く見られなかった。呼吸により還元力を使ってしまうために物質生産経路への還元力供給が不足することが考えられたため、還元力強化のためにH2に加えCOを添加すると、増殖回復やギ酸消失は同様に見られ、かつエタノール生産も検出された。しかしエタノール生産量はDMSO非添加に比べても少なく、依然として物質生産に十分な還元力が供給できていないことが考えられた。
以上の結果から、酸化還元バランス調整の重要性が改めて確認され、嫌気呼吸利用には呼吸系のコントロールが物質生産増強には必要であることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
現在までに、嫌気呼吸利用によるH2-CO2からの発酵試験の結果から、ATP生産増強が増殖およびエタノール生産に重要であること、一方、糖+ガス基質を用いた発酵試験結果から、酸化還元バランスを考慮することが重要なことが明らかとなった。前者に対応して、宿主のATP生成を担う還元型フェレドキシンの増強を目的としたヒドロゲナーゼの導入、後者に対応して、酸化還元バランスを崩さずに、エタノール合成に必要な還元力を供給するためのHydABCの導入を遂行中である。しかし、本年度中には完成予定であったが現在までに導入株が得られていないため、やや遅れているとした。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、糖+ガス基質を用いた発酵試験結果に対応して、宿主のATP生成を担う還元型フェレドキシンの増強を目的としたヒドロゲナーゼの導入、および酸化還元バランスを崩さずに、エタノール合成に必要な還元力を供給するためのHydABCの導入を遂行中であが、現在までに導入株が得られていない。これは、導入酵素による毒性、またはカナマイシン耐性をマーカーとした遺伝子組換システムに問題があると考えられた。昨年度、別のプロジェクトの研究成果で、新たにクロラムフェニコール耐性をマーカーとした遺伝子組換えシステムの構築に成功したので、本システムを用いた導入株の取得を目指す。また、必要であれば導入遺伝子のプロモーターを欠損した酵素非発現ベクターを用いた導入試験も行い、発現毒性の有無についても調べる。上記検討によって、遺伝子導入株が得られれば、そのH2-CO2代謝特性の検討を進める。
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