嫌気的呼吸能の付与による、余剰還元力を活用した微生物物質生産系の開拓

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K21287
• Research Institution: Osaka Metropolitan University
• Principal Investigator: 中澤 昌美 大阪公立大学, 大学院農学研究科, 講師 (90343417)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柏山 祐一郎 福井工業大学, 環境情報学部, 教授 (00611782) ; 坂元 君年 弘前大学, 農学生命科学部, 准教授 (50361465) ; 藤原 崇之 国立遺伝学研究所, 遺伝形質研究系, 助教 (10595151)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: バイオリファイナリー / 低酸化還元電位型キノン / ロドキノン / 低酸素 / 嫌気 / 物質生産 / 嫌気的呼吸鎖

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、嫌気的環境下での物質生産における制限因子となる余剰還元力問題へのアプローチとして、低い酸化還元電位を有するキノン化合物「ロドキノン（RQ）」に着目した。本化合物を細胞内で合成させることで、物質生産に効果的に還元力を供給する系を構築できるのではないかという仮説を立て、モデル生物を用いたコンセプト検証実験を行った。対象生物としては、大腸菌、出芽酵母、分裂酵母、真核紅藻シゾンを用いた。RQ合成遺伝子を導入した形質転換体において、大腸菌およびシゾンでは、細胞内のユビキノンの約90%をRQに変換した細胞が獲得できた。一方、出芽酵母ではRQ合成が確認できず、分裂酵母では最大でユビキノンの2%程度のRQが検出されるにとどまった。生物種によるRQ合成能の違いについては、今後考察を進める必要がある。RQ合成が確認された大腸菌およびシゾンについて、嫌気条件下で培地上清中に分泌される有機酸量を調べた。その結果、大腸菌では、リンゴ酸量の低下とコハク酸量の増加が見られた。シゾンについては、コハク酸量の増加と同時に、乳酸量の増加が見られた。コハク酸の増加は嫌気的呼吸鎖において複合体IでのNADH酸化により生じた電子が、RQによって複合体IIに伝達され、フマル酸還元に用いられることにより生じたと考えられる。現在、シゾンにおいて有機酸量の変化が、嫌気的呼吸鎖を介した応答であるかどうかの検証を進めている。また、大腸菌およびシゾンにおいて、嫌気処理後の細胞内NADH/NAD+比を測定したところ、RQ合成株で低値を示したことから、RQが嫌気環境下における還元力の消費に貢献したことが示唆された。