2015 Fiscal Year Annual Research Report
優れた共重合ポリエステル生産菌の分子育種と次世代型ポリエステル生合成経路の構築
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25292058
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
福居 俊昭 東京工業大学, 大学院生命理工学研究科, 教授 (80271542)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
折田 和泉 東京工業大学, 大学院生命理工学研究科, 助教 (70525964)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 生物・生体工学 / 微生物工学 / 代謝工学 / 生分解性プラスチック / バイオマスプラスチック / ポリヒドロキシアルカン酸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1) ポリヒドロキシアルカン酸（PHA）生産菌Ralstonia eutrophaの代謝工学的改変による共重合PHA生合成について検討した。これまでにC4およびC6ユニットからなるP(3HB-co-3HHx)をフルクトースから生合成する新規生合成経路を構築し、前年度では経路中のエノイル-CoAヒドラターゼを短鎖特異的酵素とすることで当初高すぎた3HHx分率を低下させた。本年度ではさらに(R)-アセトアセチル-CoAレダクターゼPhaB1の低活性変異体を導入してC4ユニットの供給をやや強化することで、3HHx分率8~15%のP(3HB-co-3HHx)を高い蓄積率で生合成できることを示した。
2)これまでに確立した改変を１つの株に集積することで、多様な原料からP(3HB-co-3HHx)が生合成可能な株を作製した。そのPHA生産能について評価したところ、フルクトースおよびグルコースからは適度に柔軟な物性を与える組成のP(3HB-co-3HHx)共重合体を効率的に生合成できることを示した。グリセロール炭素源からもP(3HB-co-3HHx)の生合成は可能であったものの、PhaB1保有株では3HHx分率が低く、一方でPhaB1欠失株およびPhaB1低活性変異体導入株ではPHA蓄積が非常に遅い現象が見られた。グリセロールではフルクトース・グルコースと比較してモノマーユニット供給系遺伝子の発現様式が異なっており、炭素源に合わせたチューニングが必要であると考えられた。
3) R. eutrophaでの知見を基に、糖質原料からのP(3HB-co-3HHx)生合成経路を大腸菌Escherichia coliに導入したが、十分な共重合体の生合成は得られなかった。その原因について調べたところ、鍵酵素であるクロトニル-CoAカルボキシラーゼ/レダクターゼの活性が低いことが示され、発現系の再検討を行っている。
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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
R. eutrophaによるP(3HB-co-3HHx)生合成において、複数の代謝改変を集積することでフルクトースに加えてグルコースやグリセロールを原料とできる株を作製した。フルクトース・グルコース炭素源では高い生産性を維持しつつ、物性が改善された共重合体の生合成について重要な成果を得た。グリセロール原料については現状ではPHA共重合体の生産性は低いが、フルクトース・グルコースとはモノマー供給系遺伝子の発現が異なるためであることが示唆されている。炭素源の種類に応じた代謝改変は興味深い課題であり、グリセロール炭素源に焦点をあてた今後の改変により改善が可能と考えている。一方で、P(3HB-co-3HHx)以外の共重合PHAやブロック共重合体の生合成については十分ではなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
H27年度までの成果を基に、 様々な原料、特にバイオディーゼル生産の副成生物として有効利用が望まれているグリセロールからのP(3HB-co-3HHx)生合成経路において、(S)-3HB-CoAを経由する経路などの導入により、さらに優れた生産株を確立する。また、従属栄養条件におけるカルビン回路の駆動により原料バイオマスをさらに有効利用した物質生産系の開発を検討する。新規PHA共重合体の生合成ではR. eutrophaやE. coliといった宿主に応じた生合成経路の構築と効率的な遺伝子発現、PHAシンターゼ発現抑制の解除や培養条件の最適化による生合成の確立と生産性の向上を進める。
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