浪費回路の制御を介した微生物の熱エネルギー変換効率の制御

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K05174
• Research Institution: Daiichi University, College of Pharmaceutical Sciences
• Principal Investigator: 田畠 健治 第一薬科大学, 薬学部, 准教授 (80312263)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: エネルギー代謝 / 発酵熱

Outline of Annual Research Achievements

微生物が有機化合物の代謝により得るエネルギーは、最終的にバイオマスと熱エネルギーへと変換される。そのため、微生物の熱エネルギー生産を制御することによりバイオマスの生産量の制御が可能となる。バイオマス生産を伴わないエネルギー消費である浪費回路の制御は、微生物の熱エネルギー代謝の制御につながると考えられる。そこで、本申請では、マイクロカロリーメーターを用いた微生物の代謝による発熱の詳細な測定と、合成生物学的手法による浪費回路の調節により、微生物のエネルギー代謝を制御する方法論を確立することを目的としている。これまでに、発熱量を指標とした微生物の探索を行い、生育温度により浪費回路による発熱量が変化する微生物（P. putida KT1401）を単離した。また、この微生物の浪費回路を介した発熱には、尿素サイクル中の酵素Ornithine carbamoyltransferase (OCT)が関与していることが示唆されている。そこで、P. putida KT1401株のOCT遺伝子及びその調節機構について明らかにするために、P. putida KT1401株の遺伝子解析を行った。また、P. putida KT1401以外の微生物として、P. fluorescens PAO1株の野生株の発熱量測定を行い、sn-Glycerol-3-Phosphate Dehydrogenasの欠損により熱エネルギー生産量が増加することを明らかにしている。また、P. fluorescens PAO1株の多剤耐性の獲得により、エネルギー生産量が低下することが分かった。これらのP. fuorescence PAO1株の結果から、P. putidaの遺伝子改変により熱エネルギー生産の制御可能であることが示唆された。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

本申請では、浪費回路による発熱量が変化する微生物であるP. putida KT1401が持つ尿素サイクル中の酵素Ornithine carbamoyltransferase (OCT)の遺伝子を、浪費回路をもたない微生物（P. putida TK2440）に導入することを試みている。P. putida KT1401株の遺伝子解析については、予定通り進行し、P.putidaの標準株であるP. putida TK2440との比較から、OCTの発現制御にかかわる遺伝子の同定を試みている。また、P. putida TK2440に対する、P. putida KT1401由来OCT遺伝子の発現及びP. putida TK2440株の菌体内での活性が確認できていないことから、確認方法を検討している。さらに、コロナウイルスによる大学施設への入構制限などにより、研究の進捗が当初の予定より進行が遅れている。

Strategy for Future Research Activity

本年度も引き続きP. putida TK2440へのOTC遺伝子の発現と調整を行う。そのために、酵素の構造遺伝子のコピー数やプロモーターの検討による酵素発現量の最適化や、調節遺伝子の導入による発熱量およびバイオマス生産量への影響を明らかにする。
さらに、また、植物性病原菌であるPseudomonoas syringaeが生産するPhaseolotoxinsなどの、真核生物および原核生物のOTC阻害物質などによる、浪費回路の調節方法についても検討していく。

Causes of Carryover

コロナウイルスによる大学への登校規制や参加登録していた学会の中止により、予定していた研究や出張が行えず、本年度はほどんど予算の使用ができなかった。そこで、次年度は本年度に計画していた実験を遂行し、当初の計画に近づけられるように努めるが、研究実施期間の延長の申請も検討している。