2013 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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| 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, その他 (00372631)
松田 史生 大阪大学, 情報科学研究科, 准教授 (50462734)
平沢 敬 東京工業大学, 生命理工学研究科, 准教授 (20407125)
吉川 勝徳 大阪大学, 情報科学研究科, 助教 (20599279)
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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ストレスに対して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、昨年開発した長期植え継ぎ培養自動化システムを用いて、乳酸やブタノールなど複数のストレスに対して、環境に適応進化した個体が濃縮され選択されることを確認した。次に、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、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調べた。また、これらの情報の統合解析について検討した。
さらに、増殖速度が上昇すると共に物質生産が向上させる微生物の代謝をシミュレートできる手法を開発した。
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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25年度まで、ほぼ計画通り、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、複数のストレスについて適用した。また、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いる。シミュレーション手法も開発できており、研究は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
H26年度以降は開発した長期植え継ぎ培養系を用いてより多数のストレスに対する、ストレス耐性株の取得を行う。複数のストレス環境下で時系列的にストレス耐性の度合いを評価し、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解析する。シミュレーションにより物質生産と増殖が連動するような系を予測し、これを実証する株を構築する。
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