2022 Fiscal Year Annual Research Report
二酸化炭素の効率的利用を指向したC1・C2混合炭素源からの物質生産技術の開発
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20K22574
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
藤原 良介 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (60880797)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2023-03-31
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| Keywords | 大腸菌 / 代謝改変 / β-アラニン / バイオプロダクション / 発酵生産 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
大腸菌を宿主とした高効率なマロン酸生産技術の開発を目指し、昨年度に引き続きマロン酸の前駆体であるβ-アラニンの生産性向上を行った。これまでに作成した多重遺伝子破壊株の結果から、通常ピルビン酸からPEPを合成する反応を触媒しているPpsAが、逆方向の反応を触媒していることが示唆された。これを踏まえ、PpsAを破壊した新たな代謝改変株ΔX株を作成した。ΔX株はグルコースを単一炭素源として増殖することが出来ない。ΔX株に対しWeimberg経路の導入によりグルコースキシロース混合培地においてΔX株の細胞増殖が改善することを確認した。ΔX株は、グルコース存在下において溶存酸素濃度が低い状態では顕著に細胞増殖速度が低下することが確認された。これは細胞内にプロトンが蓄積していることが原因と考えられる。ΔX株ではグルコース代謝の過程で生産されるプロトン量が増加している一方、ピルビン酸等への炭素流入を遮断しているためプロトンの消費・排出に関わる諸反応が行われない。培養条件を再検討し、より好気的条件でΔX株の培養を行ったところ、これまでの条件と比較して細胞増殖速度及び最高菌体密度の向上が確認された。一方で、グルコースの消費量は依然として低く、β-アラニンの収率は高いものの生産量が頭打ちになるという問題が顕在化した。
そこで、代謝デザインの再検討を行い、大腸菌の主要なグルコース取り込み機構であるPTSシステムの関連遺伝子（ptsHI）を残した状態で、TCAサイクルへの炭素流入を遮断したΔY株を作成した。ΔY株では、ΔX株と比較してβ-アラニンの生産収率は低下するものの生産量を向上させることに成功した。また、ΔY株の培養上清には酢酸などの有機酸が蓄積していることが確認されたため、これらの有機酸生産経路の破壊により更なる生産収率及び生産量の向上が期待される。
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