Development of anaerobic biorefinery utilize anaerobic respiratory chain

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21287
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
• Research Institution: Osaka Metropolitan University (2022); Osaka Prefecture University (2020-2021)
• Principal Investigator: Nakazawa Masami 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 / 嫌気的呼吸鎖 / 低酸化還元電位型キノン / ロドキノン / 嫌気 / 低酸素

Outline of Final Research Achievements

A concept of metabolic modification by providing organisms with the ability to synthesize rhodoquinone, a quinone compound with a low redox potential, to enable them to utilize the excess reducing power in anaerobic environments and improve their ability to produce compounds was developed and validated using model organisms. E. coli, yeast, and the eukaryotic red alga Cyanidioschyzon were used for this study. The results showed that the succinate production in anaerobically treated cells of E. coli and Cyanidioschyzon with rhodoquinone synthesis ability increased and the intracellular NADH/NAD+ ratio decreased compared to the control cells.

Free Research Field

生化学・細胞生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

電子の流れを制御して物質生産を変換するという方法論として、従来は電極との細胞外電子伝達などの方法が開発されてきた。本研究では、細胞内での電子の流れをコントロールしうる新たなコンセプトとして、低い酸化還元電位を持つキノン化合物の合成能力を人工的に付与することによって、細胞内の物質生産能力を改変することを提案し、実際にコハク酸生産への炭素の流れを高めることに成功した。今後、既存の代謝改変による物質生産向上との相加効果を検証することで、物質生産宿主の改善に広く活用しうる系へとつなげていく。