High performance microbial cell factories development by model based metabolic design and adaptive laboratory evolution

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H05626
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Broad Section D
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: SHIMIZU Hiroshi 大阪大学, 大学院情報科学研究科, 教授 (00226250)
• 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) ; 堀之内 貴明 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, 研究員 (60610988)
• Project Period (FY): 2019-06-26 – 2024-03-31
• 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

Outline of Final Research Achievements

In this study, in silico design platform for bioproduction of valuable compounds was established based on a genome scale metabolic model. Robotics and microdroplets based high throughput cultivations systems were developed for directed evolution processes. Growth-coupled production of targets products was designed and evolved strains were obtained as hyper-producing strains. Based on the analysis of the genome and phenotypic data of multiple evolution processes, a systematic way to control of central carbon metabolism for production of target products was successfully developed.

Free Research Field

バイオ機能応用およびバイオプロセス工学関連

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

持続可能な社会の形成を目指して、微生物による環境調和型バイオ化成品・燃料の製造が注目されている。細胞は複雑に相互作用する数千の代謝反応を有するため、目的物質生産にとって最適な代謝状態となるように細胞を改変するのは容易ではない。本研究においては、目的の化合物生産のための合理的な代謝デザインと微生物への実装、指向性進化による高増殖、高生産株の取得が可能となった。指向性進化過程と物質生産の高度化の関係性を解明しており、今後、本研究で開発された手法が様々な物質の微生物生産への応用展開が可能となると考えられる。