Development and application of visualisation technology for aldehyde bioproduction

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18K05386
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38020:Applied microbiology-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Hayashi Yuuki 東京大学, 環境安全研究センター, 准教授 (90444059)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 蛋白質工学 / 進化分子工学 / バイオセンサー / アルデヒド / 物質生産 / 発光 / 非侵襲的 / リアルタイム

Outline of Final Research Achievements

In bioproduction utilizing microorganisms, determining the optimal conditions to maximize the yield of the target product requires significant time and labor for quantifying the product yield, which becomes the rate-limiting step in the optimization process. This study aims to develop aldehyde-sensing E. coli bacteria that emit light in response to intracellular production of the target aldehyde. This sensing system offers a non-invasive, real-time, high-throughput method to assess amount of the target aldehyde by measuring luminescent intensity. We confirmed that the aldehyde-sensing E. coli can detect target aldehydes, such as next-generation fuels, pharmaceutical ingredients, and flavorings, and emit luminescence. However, the results suggest that the activity of the sensor protein against the target aldehydes needs to be improved for practical use.

Free Research Field

進化分子工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生体は香料など有用なアルデヒドを生成する一方、酸化ストレスにより有害なアルデヒド（酸化ストレスマーカー）も生成する。こうしたアルデヒドは、反応性が高く不安定であるため、生体内での検出は難しい。本研究で開発するアルデヒドセンサーは、センタータンパク質が生体内のアルデヒドを直接基質として発光するため、非侵襲的、かつ、リアルタイムにアルデヒドの存在を検出できる。そのため、アルデヒドとその誘導体のバイオ生産において、生産プロセスの最適化や酵素改変研究を飛躍的に加速できるだけでなく、生体内での酸化ストレスマーカーの時空間的観測を可能にし、酸化ストレスと病態進行の関係を明らかにするツールとして期待できる。