2023 Fiscal Year Annual Research Report
High performance microbial cell factories development by model based metabolic design and adaptive laboratory evolution
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19H05626
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
清水 浩 大阪大学, 大学院情報科学研究科, 教授 (00226250)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
戸谷 吉博 大阪大学, 大学院情報科学研究科, 准教授 (70582162)
鈴木 宏明 中央大学, 理工学部, 教授 (20372427)
古澤 力 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, チームリーダー (00372631)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | 代謝工学 / ゲノムスケールモデル / 指向性進化 / ロボット / マイクロリアクタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微生物は細胞内に複雑に相互作用する多数の代謝反応を持つため、目的物質生産のために代謝を最適化するのは容易なことではない。本研究では、微生物代謝を統一的に理解し、合理的にデザインできる代謝工学を確立することを目的とした。有用物質生産の宿主微生物である大腸菌について、様々な炭素源、異なる前駆体から合成される目的物質を設定することで、代謝経路の律速点を網羅的に抽出するための研究を行った。中枢代謝の主要な経路のフラックスを増加するための原理を抽出し、代謝を自在に操る手法を確立することを目指した。すなわち、ゲノムスケールモデルを用い、細胞増殖と目的物質の生産が連動するように代謝経路をデザインした。また、ロボットを用いて継代培養を行い、増殖速度が上昇し代謝の律速点が解消された進化株を取得した。さらに、マイクロ流路を用いたシングルコロニー培養・選択系を開発し、微生物の進化プロセスを多次元化した。得られた進化株のゲノム解析や代謝解析を行い、親株からどのように代謝が遷移したのかを明らかにする方法を構築した。
構築した代謝デザインプラットフォームと指向性進化システムを用いて、増殖連動型の目的物質生産代謝デザインと細胞増殖を選択圧とした指向性進化を組み合わせ、多様な目的物質に対して生産性を高度化する方法として完成させた。また、代謝や細胞に負荷をかけた際に細胞がどのように適応進化するかを明らかにし、代謝を自在に操る技術開発を行った。細胞にストレスをかけた際の適応進化過程を解析し、進化を予測、制御する方法を開発した。また、細胞に特定経路を用いることを強制した細胞の適応進化を解析するとともに、生産性が向上する標的化合物の生産と組み合わせ、生産性の向上を実証した。このように多系列の培養データに基づいて指向性進化過程を解明し、代謝状態を自在に誘導する手法の開発し、その有用性、汎用性を示した。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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