2012 Fiscal Year Annual Research Report
実験進化過程のマルチオミクス解析によるストレス耐性細胞工場の創製
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24246134
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Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
清水 浩 大阪大学, 情報科学研究科, 教授 (00226250)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
古澤 力 独立行政法人理化学研究所, その他部局等, 研究員 (00372631)
平沢 敬 大阪大学, 情報科学研究科, 助教 (20407125)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 進化工学 / マルチオミクス / ストレス耐性 / 物質生産 / ゲノムスケールモデル |
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| Research Abstract |
生物機能を利用した再生可能資源からのバイオ化成品、バイオ燃料生産プロセスの開発が注目されている。微生物を細胞工場として高度化するためには、バイオプロセスにおいてストレスに耐性を賦与することが重要である。本研究では、大腸菌の長期植え継ぎ培養自動化システムを開発し、バイオ化成品生産のための複数のストレス耐性に対象を拡張し、ストレス耐性を獲得した進化株を取得する。進化株と親株をマルチオミクス解析し、両株における細胞内状態の差異を解明する。また、ゲノムスケールの代謝反応モデルを用いてin silico予測された目的物質生産のための代謝経路デザイン株をバイオプロセス環境に適応進化させることにより、生産最適化株を創製する。こうした研究を統合的に進めることにより、バイオ燃料・化成品生産のための大腸菌細胞工場を創製する。
本年度は、まず、追跡可能な長期植え継ぎ培養自動化システムの基盤開発を行った。適応進化による増殖速度の上昇につれて希釈率を自動で変化させることが可能で、環境に適応進化した個体が濃縮され選択されるシステムの開発を行った。
次に、マルチオミクス解析を行うため、高エタノール濃度存在下で耐性を示す複数の実験進化株に対し、時系列的に進化の過程を追跡可能なゲノム変異解析、遺伝子発現解析、細胞内代謝物質の網羅的測定について方法の開発を行った。次世代シークエンサーを用いたゲノムのリシークエンスによる全ゲノム一塩基変異解析、DNAマイクロアレイによる網羅的遺伝子発現解析、ガスクロマトグラフ質量分析計（GC/MS）、キャピラリー電気泳動質量分析計（CE/MS）による代謝プロファイル解析を行って、遺伝子型、細胞内状態の変化が表現型にもたらす影響について詳細に解析する基盤開発を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
平成24年度は、計画通り、進化株を取得のため大腸菌の長期植え継ぎ培養自動化システムを開発した。進化株と親株をマルチオミクス解析するための基盤技術も同時に開発しエタノール耐性株について応用を始めており、研究は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度以降は開発した長期植え継ぎ培養系を用いて複数のストレスに対する、ストレス耐性株の取得を試みる。時系列的にストレス耐性の度合いを評価しつつ、菌株を保存してライブラリを作成する。これらの進化過程を追跡するために、ゲノムのリシークエンス、遺伝子発現量の網羅的解析、代謝物測定を行える系を用いて、細胞の状態変化を親株と比較しつつ行い、ストレスに強い形質を与える要因を探る。
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