2014 Fiscal Year Annual Research Report
バイオシリカ工学に基づく有用珪藻の革新的な物質生産プロセスの創成
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26289309
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
田中 剛 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20345333)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉野 知子 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30409750)
真山 茂樹 東京学芸大学, 教育学部, 教授 (40199914)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 有用珪藻 / バイオシリカ工学 / 自己凝集 / 有用物質生産 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では油脂肥大phaseと葉緑体肥大phaseが制御可能な有用珪藻Fistulifera属を微細藻類ホストとして用い、その細胞を覆う珪殻の物性を改質するバイオシリカ工学の確立を目指す。平成26年度では特に、細胞回収工程と細胞破砕工程の効率化のための基盤技術の確立に注力した。細胞回収工程の効率化では、珪殻表面に自己凝集を誘導する凝集因子を提示する。この目的のために、Fistulifera属の珪殻表面における異種タンパク質提示技術を確立した。まずFistulifera属のゲノム情報から珪殻タンパク質を複数同定した。次いで見出した珪殻タンパク質にGFPを融合し、珪殻上への局在を確認した。融合発現したGFPは細胞の最表層に露出していることから、同様に珪殻タンパク質に凝集因子を融合することで細胞同士の凝集を誘導できると期待された。さらにFistulifera属をはじめとする多くの珪藻株の珪殻下に有機層が存在することを見出した。この有機層に含まれる成分の一部は珪殻を貫通する微細孔を通って細胞外に分泌され、細胞接着に関与する可能性がある。そのため、この有機層の構造を比較することで、珪殻との関わりや機能解明を試みている。一方、細胞破砕工程の効率化においては、珪殻タンパク質の発現を抑制することにより珪殻構造の脆弱化させることを想定している。この目的のためにアンチセンス鎖を用いたFistulifera属における遺伝子ノックダウン技術を確立した。遺伝子ノックダウン効率を定量的に評価するために、恒常的にGFPを発現する形質転換体を用いた。この形質転換体に、GFPアンチセンス鎖発現カセットを追加で導入した。その結果、GFP発現レベルを98％以上抑制することに成功し、遺伝子ノックダウン技術の確立を確認した。微細藻類で遺伝子ノックイン／ノックダウン共に成功している例は、本研究を含めて数例のみであることから、大きな研究成果の一つであると考える。
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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
平成26年度までに、細胞回収工程の効率化のための珪殻表面提示技術、細胞破砕工程の効率化のための遺伝子ノックダウン技術の確立に共に成功した。これらの成果により、来年度に予定されている、細胞凝集因子の提示、および珪殻タンパク質の発現抑制を滞りなく開始することが可能となった。以上の事より、本研究はおおむね順調に進んでいると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成26年度中に確立した珪殻表面提示技術を利用して、実際に細胞の凝集を誘導する凝集性タンパク質の提示を試みる。具体的には、エラスチンやアミロイドタンパク質、ロイシンジッパータンパク質といった凝集能・自己組織化能を有するタンパク質を細胞表面に提示する。作出したこれらの形質転換体を培養し、凝集性の有無や凝集条件の検討を行う。珪殻下の有機層については、構造と共に成分の解析を進める。一方、細胞破砕工程の効率化においては、複数の珪殻タンパク質遺伝子を同時にノックダウンすることのできるアンチセンス鎖を設計し、Fistulifera属の細胞内で発現することを試みる。形質転換体を獲得し、原子間力顕微鏡などを用いて、珪殻の構造や機械的強度の測定を試みる。さらに平成27年度からは、遺伝子組み換え技術を用いて、Fistulifera属の細胞内における有用物質生産についても研究を推進する予定である。
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[Journal Article] Oil accumulation by the oleaginous diatom Fistulifera solaris as revealed by the genome and transcriptome2015
Author(s)
Tsuyoshi Tanaka, Yoshiaki Maedaa, Alaguraj Veluchamy, Michihiro Tanaka, Heni Abida, Eric Marechal, Chris Bowler, Masaki Muto, Yoshihiko Sunaga, Masayoshi Tanaka, Tomoko Yoshino, Takeaki Taniguchi, Yorikane Fukuda, Michiko Nemoto, Mitsufumi Matsumoto, Pui Shan Wong, Sachiyo Aburatani, Wataru Fujibuchi
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Journal Title
The Plant Cell
Volume: 27
Pages: 162-176
DOI
Peer Reviewed
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