ラン藻における多種の単波長光照射によるレドックスバランス変動の予測と有用物質生産

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K05768
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 豊島 正和 大阪大学, 情報科学研究科, 特任助教(常勤) (90812230)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ゲノムスケールモデル / シアノバクテリア / システム生物学 / 物質生産 / 光合成

Outline of Annual Research Achievements

光合成効率の高い微細藻類は、様々な有用物質生産における新たなプラットホームとして注目されている。微細藻類では様々な光環境に応じて光化学系IとIIの励起比が変わり、光合成によるATPとNADPHの合成比が変化するが、細胞内の様々な代謝や生理現象によりATPやNADPHを消費し、ATP/NADPH比(レドックスバランス)を精密に保っている。このように光化学系の励起比によってATP・NADPH合成比が最適な状態とATP・NADPH過剰になり物質生産に有利な状態が生じる。本研究では、代謝シミュレーションにより様々な光環境下におけるATP・NADPH合成比と代謝を予測し、最適なレドックスバランスとのギャップを利用した微細藻類での有用物質生産系構築を目的とする。そのために、ラン藻Synechocystis sp. PCC 6803におい様々な光環境下での細胞内の代謝を予測できるモデルを構築し、そのモデルを用いて様々な波長の光照射下のATP・NADPH合成比を予測する。そして、シミュレーションにより予測されたATPやNADPHが過剰な光条件下での有用物質生産を行う。
本年度は申請者が構築した光合成反応を精緻化したSynechocystis sp. PCC 6803のゲノムスケール代謝モデルを用いた様々な波長の光照射下での光と細胞のフラックス状態のシミュレーションから有用物質生産の標的として、有機酸であるリンゴ酸、フマル酸、コハク酸、クエン酸を選択した。そして、野生株における様々な波長の光照射下でのそれら有機酸の量を明らかにした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究においては、光化学系の明反応と細胞の中枢代謝を見渡せるモデルを用いて様々な波長の光環境におけるATP・NADPHの生産バランスを利用した有用物質生産システムの構築を目指している。本年度はSynechocystis sp. PCC 6803のゲノムスケール代謝モデルを用いたシミュレーションにより、有用物質生産の標的物質として有機酸であるリンゴ酸、フマル酸、コハク酸、クエン酸を決定し、それらの定量を行った。これらの状況により順調に研究は進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

今後はSynechocystis sp. PCC 6803の野生株の標的物質の定量値から最適な光波長と生産物質の組み合わせを選択し、遺伝子組換え株によりさらに目的物質が効率的に生産されるかを検証する。