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バイオマス資源からのアジピン酸発酵生産技術の開発

Research Project

Project/Area Number 17J01951
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Biofunction/Bioprocess
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

藤原 良介  神戸大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2019: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2018: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords大腸菌 / ムコン酸 / 代謝工学 / 合成生物学 / グルコース / キシロース / バイオプロダクション / シキミ酸経路 / Muconic acid / metabolic engineering / glucose / xylose / Escherichia coli / fusion protein
Outline of Annual Research Achievements

ターゲットであるムコン酸(MA)の生産収率向上に向け、PMPE(Parallel Metabolic Pathway Engineering)と名付けた新たな代謝工学技術を開発した。PMPEは、2つの独立した代謝経路を“パラレル”に共存させ、それぞれの代謝系で異なる炭素源を利用する戦略である。PMPEの実現に向け、グルコースからTCAサイクルへの炭素供給を完全に遮断した。続いて、TCAサイクルへの炭素供給を補うために、Dahms経路を導入した。Dahms経路は、解糖系及びPP経路を経ることなくピルビン酸とグリオキシル酸を供給するキシロース異化経路である。この代謝改変によりグルコース由来の炭素をMA生産に利用し、キシロース由来の炭素をTCAサイクルで利用することで細胞増殖を行う、PMPE代謝系を設計した。PMPE代謝系を有する大腸菌代謝改変株(PMPE株)を構築し、最小培地で培養したところ、グルコース-キシロース混合糖を炭素源として増殖した。PMPE株にMA生産経路を導入し、グルコース-キシロース混合糖を炭素源として培養を行ったところ10 g/Lのグルコースから1.6 g/LのMAを産生し、対象株と比較して生産量が2.3倍、収率が2.6倍に向上した。また、メタボローム解析の結果、PMPE代謝系が設計通り機能していることが確認された。更に、培地の検討やpHの最適化を行ったところ、4.3 g/LのMAを生産し、消費グルコースに対するMA収率は0.31 g/gに達した。この収率はバッチ操作でのMA生産において世界最高値であり、PMPEが有効な戦略であることが示された。また、PMPEのMA以外の目的生産物への応用を検討した結果、L-チロシンや1,2-プロパンジオールの生産性を向上することに成功した。本成果はプレスリリースを始め新聞や海外メディアでも大きく取り上げられ、評価されている。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (22 results)

All 2020 2019 2018 2017

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 10 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Metabolic engineering of Escherichia coli for shikimate pathway derivative production from glucose?xylose co-substrate2020

    • Author(s)
      Fujiwara Ryosuke、Noda Shuhei、Tanaka Tsutomu、Kondo Akihiko
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 279-291

    • DOI

      10.1038/s41467-019-14024-1

    • NAID

      120006818769

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Metabolic engineering of E. coli for improving mevalonate production to promote NADPH regeneration and enhance acetyl-CoA supply2020

    • Author(s)
      Satowa Daichi、Fujiwara Ryosuke、Uchio Shogo、Nakano Mariko、Otomo Chisako、Hirata Yuuki、Matsumoto Takuya、Noda Shuhei、Tanaka Tsutomu、Kondo Akihiko
    • Journal Title

      Biotechnology and Bioengineering

      Volume: - Issue: 7 Pages: 2153-2164

    • DOI

      10.1002/bit.27350

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Muconic Acid Production Using Gene-Level Fusion Proteins in Escherichia coli2018

    • Author(s)
      Ryosuke Fujiwara, Shuhei Noda, Tsutomu Tanaka, Akihiko Kondo
    • Journal Title

      ACS Synthetic Biology

      Volume: 7 Issue: 11 Pages: 2698-2705

    • DOI

      10.1021/acssynbio.8b00380

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] "Parallel Metabolic Pathway Engineering" for the Bioproduction of Shikimate Pathway Derivatives2020

    • Author(s)
      Fujiwara Ryosuke、Noda Shuhei、Tanaka Tsutomu、Kondo Akihiko
    • Organizer
      ICBE Asia - 10th International Conference on Biomolecular Engineering
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] “Parallel Metabolic Pathway Engineering” of Escherichia coli for Shikimate Pathway Derivative Production from Glucose-Xylose Co-substrate2020

    • Author(s)
      Fujiwara Ryosuke、Noda Shuhei、Tanaka Tsutomu、Kondo Akihiko
    • Organizer
      化学工学会第85年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] High yield bioproduction of shikimate pathway derivatives by unitization and combination of purpose-specific metabolic pathways2019

    • Author(s)
      Fujiwara Ryosuke、Noda Shuhei、Tanaka Tsutomu、Kondo Akihiko
    • Organizer
      18th Asian Pacific Confederation of Chemical Engineering Congress
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High yield bioproduction of shikimate pathway derivatives by "Parallel Metabolic Design"2019

    • Author(s)
      Fujiwara Ryosuke、Noda Shuhei、Tanaka Tsutomu、Kondo Akihiko
    • Organizer
      the14th International Symposium on Biocatalysis and Biotransformations
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High yield production of muconic acid from glucose by supplementing the carbon source from xylose for cell growth2019

    • Author(s)
      Fujiwara Ryosuke、Noda Shuhei、Tanaka Tsutomu、Kondo Akihiko
    • Organizer
      41st Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Parallel Metabolic Pathway Engineeringを用いた大腸菌による高収率物質生産2019

    • Author(s)
      Fujiwara Ryosuke、Noda Shuhei、Tanaka Tsutomu、Kondo Akihiko
    • Organizer
      酵素工学研究会 第82回講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Metabolic Design of Escherichia coli for Production of Shikimate Pathway Derivatives2019

    • Author(s)
      Ryosuke Fujiwara
    • Organizer
      iBioK The 10th International Symposium
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Metabolic engineering of Escherichia coli for production of shikimate pathway derivatives2018

    • Author(s)
      藤原 良介
    • Organizer
      第 70 回 日本生物工学会大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Metabolic Design of Escherichia coli for Production of Shikimate Pathway Derivatives2018

    • Author(s)
      Ryosuke Fujiwara
    • Organizer
      8th International Conference on Biotechnology and Bioengineering
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Metabolic Design of Escherichia coli for Production of Muconic Acid2018

    • Author(s)
      Ryosuke Fujiwara
    • Organizer
      The 43rd FEBS Congress
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 糖の使い分けによる高収率物質生産技術の開発2018

    • Author(s)
      藤原 良介
    • Organizer
      化学工学会第 50 回秋季大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 代謝デザイン大腸菌を利用したムコン酸発酵生産2018

    • Author(s)
      藤原良介
    • Organizer
      化学工学会 第83年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Metabolic Design of Escherichia coli For Muconic Acid Production2018

    • Author(s)
      藤原良介
    • Organizer
      第9回iBioK国際シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] High Efficient Fermentative Production of Muconic Acid Using Escherichia coli2017

    • Author(s)
      藤原良介
    • Organizer
      第69回生物工学会大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 代謝デザイン大腸菌を利用したムコン酸発酵生産2017

    • Author(s)
      藤原良介
    • Organizer
      酵素工学研究会 第78回講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] High Efficient Fermentative Production of Muconic Acid Using Escherichia coli2017

    • Author(s)
      藤原良介
    • Organizer
      Enzyme Engineering
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Muconic Acid Biosynthesis Using Metabolic Designed Escherichia col2017

    • Author(s)
      藤原良介
    • Organizer
      THE SEVENTH INTERNATIONAL MEETING ON SYNTHETIC BIOLOGY
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 糖代謝経路が改変された微生物2019

    • Inventor(s)
      田中 勉、野田 修平、藤原 良介
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人神戸大学・国立研究開発法人理化学研究所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2019-089294
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] グルコース6リン酸を捕捉する物質を用いた芳香族化合物の製造方法2019

    • Inventor(s)
      田中 勉、野田 修平、藤原 良介
    • Industrial Property Rights Holder
      国立大学法人神戸大学・国立研究開発法人理化学研究所
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2019-123262
    • Filing Date
      2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

URL: 

Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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