多要素からなる人工代謝経路の構築

• 研究領域: 動的・多要素な生体分子ネットワークを理解するための合成生物学の基盤構築
• 研究課題/領域番号: 23119004
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 柘植 謙爾 慶應義塾大学, 政策・メディア研究科, 特任講師 (70399690)
• 連携研究者: 板谷 光泰 慶應義塾大学, 政策・メディア研究科, 教授 (60374013)
• 研究協力者: 吉積 毅
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 83,460千円 (直接経費: 64,200千円、間接経費: 19,260千円); 2015年度: 12,740千円 (直接経費: 9,800千円、間接経費: 2,940千円); 2014年度: 14,560千円 (直接経費: 11,200千円、間接経費: 3,360千円); 2013年度: 15,990千円 (直接経費: 12,300千円、間接経費: 3,690千円); 2012年度: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円); 2011年度: 21,060千円 (直接経費: 16,200千円、間接経費: 4,860千円)
• キーワード: ゲノムデザイン / 遺伝集積 / オペロン / 遺伝子発現制御 / 代謝工学 / 人工オペロン / 遺伝子集積 / OGAB / 枯草菌 / 大腸菌 / 代謝経路 / 合成生物学 / バクテリア / 解糖系 / カロテノイド / アントシアニン / 多要素 / 遺伝子発現 / OGAB法

研究成果の概要

一連の代謝遺伝子群を連結した人工オペロンをどのようにデザインすればよいかを、特に遺伝子の人工オペロン内の連結順序に着目して、大腸菌が本来生産しないカロテノイド・アントシアニンといった色素性物質の代謝経路を具体例に取り上げて検証した。
その結果、グルコースからカロテノイドまでの一連の代謝経路を連結した人工オペロンプラスミドによりカロテノイドを生産する大腸菌の創出に成功した。また、in vitroの酵素反応で最適な酵素比率を求め、これに基づいたアントシアニンの人工オペロンを構築し、大腸菌に導入したところ、アントシアニンの生産に成功した。これらの結果より、人工オペロンの設計指針を示すことに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] 合成生物学を意識した，核酸改変技術の現状と展望-5，ゲノム再編集のための遺伝子クラスター単位の構築 (2016)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾、板谷光泰
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 不明
• [雑誌論文] 枯草菌を用いた遺伝子集積法のOGAB法による長鎖DNA合成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾、板谷光泰
  • 雑誌名: 日本生物工学会誌 巻: 93 ページ: 527-529
• [雑誌論文] 第二世代OGAB法が可能にした50個以上のDNA断片集積 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾、板谷光泰
  • 雑誌名: バイオサイエンスとインダストリー 巻: 73 ページ: 471-475
  • NAID: 40020656308
• [雑誌論文] Manuscript title: Method of preparing an equimolar DNA mixture for one-step DNA assembly of over 50 fragments (2015)
  • 著者名/発表者名: Kenji Tsuge, Yukari Sato, Yuka Kobayashi, Maiko Gondo, Masako Hasebe, Takashi Togashi, Masaru Tomita, and Mitsuhiro Itaya
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 未定
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 長鎖DNAの合成と合成生物工学での活用 (2013)
  • 著者名/発表者名: 板谷光泰、柘植謙爾
  • 雑誌名: 生物工学会誌 巻: 91 ページ: 319-321
  • NAID: 110009616006
• [雑誌論文] Fermentation approach for enhancing 1-butanol production using engineered butanologenic Escherichia coli (2013)
  • 著者名/発表者名: Shang-Kai Chen
  • 雑誌名: Bioresource Technology 巻: 未定 ページ: 204-209
  • DOI: 10.1016/j.biortech.2013.01.115
  • 査読あり
• [雑誌論文] ゲノムビルダーおよびゲノムデザイナーとしての枯草菌 (2012)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 雑誌名: 日本生物工学会誌 巻: 90 ページ: 281-284
  • NAID: 10031086380
• [雑誌論文] Rearrangement of gene order in the phaCAB operon leads to effective production of ultra-high-molecular-weight poly[(R)-3-hydroxybutyrate] in genetically engineered Escherichia coli (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroe, Ayaka
  • 雑誌名: Appl.Environ Microbiol. 巻: 78 号: 9 ページ: 3177-3184
  • DOI: 10.1128/aem.07715-11
  • 査読あり
• [学会発表] 枯草菌の形質転換系を利用した遺伝子集積法のOGAB 法による長鎖DNA合成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: 第１回デザイン生命工学研究会
  • 発表場所: 東京工業大学すずかけ台キャンパス（横浜市）
  • 年月日: 2016-03-08
• [学会発表] 50以上のDNA断片の集積が可能な遺伝子集積法の第二世代OGAB法の原理とその応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾、佐藤紫、小林有香、権藤麻衣子、長谷部雅子、富樫貴、冨田勝、板谷光泰
  • 学会等名: 第３８回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01
• [学会発表] ゲノムデザインに向けた遺伝子集積技術開発とオペロンデザイン技術開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会8.0
  • 発表場所: 大阪大学吹田キャンパス（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-11-12
• [学会発表] OGAB法による一度に５０個以上のDNA断片の遺伝子集積 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾，佐藤紫，小林有香，権藤麻衣子，長谷部雅子，富樫貴，冨田勝，板谷光泰
  • 学会等名: 第６７回生物工学会大会
  • 発表場所: 城山観光ホテル（鹿児島市）
  • 年月日: 2015-10-26
• [学会発表] ５０以上のDNA 断片の集積が可能な第二世代OGAB 法 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾，佐藤紫，小林有香，権藤麻衣子，長谷部雅子，富樫貴，冨田勝，板谷光泰
  • 学会等名: 2015 年度グラム陽性菌ゲノム機能会議
  • 発表場所: 雄山壮（滋賀県大津市）
  • 年月日: 2015-08-27
• [学会発表] An attempt of transplantation of carotenoid genes from eukaryote to prokaryote (2015)
  • 著者名/発表者名: Kenji Tsuge, Masako Hasebe, Takashi Togashi, Mitsuhiro Itaya, Masaru Tomita, Takashi Nakada, and Takuro Ito
  • 学会等名: SEED2015
  • 発表場所: Boston Park Plaza（Boston, USA）
  • 年月日: 2015-06-10
  • 国際学会
• [学会発表] ゲノムデザインに向けた人工オペロンの構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾、富樫貴、長谷部雅子、冨田勝、板谷光泰
  • 学会等名: 2015年度農芸化学会大会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-29
• [学会発表] ゲノムデザインにおける合成生物学の現状 (2015)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: JBA「合成生物学セミナー」－最近の科学技術動向と合成生物学を取り巻く課題について－
  • 発表場所: 鉄鋼会館（東京都中央区）
  • 年月日: 2015-03-05
  • 招待講演
• [学会発表] 人工オペロンによるボトムアップ型ゲノムデザイン戦略 (2014)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: 産業技術総合研究所生産プロセス部門若手WGセミナー
  • 発表場所: 産業技術総合研究所（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-12-19
  • 招待講演
• [学会発表] 大腸菌一次代謝経路遺伝子群の人工オペロン化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾、富樫貴、長谷部雅子、冨田勝、板谷光泰
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-11-26 – 2014-11-28
• [学会発表] 人工オペロン設計による植物特異的色素・アントシアニンン合成の試み (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉積毅、冨田勝、板谷光泰、柘植謙爾
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-11-26 – 2014-11-28
• [学会発表] OGAB法を用いたボトムアップ型ゲノムデザイン戦略 (2014)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: 合成生物シンポジウム
  • 発表場所: 神戸大学（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2014-11-26
  • 招待講演
• [学会発表] 一次代謝経路遺伝子群の人工オペロン化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾、富樫貴、長谷部雅子、冨田勝、板谷光泰
  • 学会等名: 2014年グラム陽性菌ゲノム機能会議
  • 発表場所: いこいの村庄内（山形県鶴岡市）
  • 年月日: 2014-09-03 – 2014-09-05
• [学会発表] 植物特異的色素・アントシアニン合成経路の移植をモデルとした人工オペロン設計手法確立の試み (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉積毅、冨田勝、板谷光泰、柘植謙爾
  • 学会等名: 2014年グラム陽性菌ゲノム機能会議
  • 発表場所: いこいの村庄内（山形県鶴岡市）
  • 年月日: 2014-09-03 – 2014-09-05
• [学会発表] Design and Construction of an Artificial Nonmevalonate Operon of Escherichia coli (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Tsuge, Takashi Togashi, Masako Hasebe, Masaru Tomita, Mitsuhiro Itaya
  • 学会等名: Metabolic Engineering X
  • 発表場所: バンクーバー（カナダ）
  • 年月日: 2014-06-15 – 2014-06-18
• [学会発表] An attempt to construct an artificial operon for nonmevalonate pathway (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenji Tsuge, Takashi Togashi, Masako Hasebe, Masaru Tomita, and Mitsuhiro Itaya
  • 学会等名: 13th Asian Conference on Transcription
  • 発表場所: オーストラリアメルボルン
• [学会発表] 大腸菌非メバロン酸経路の人工オペロン化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾、富樫貴、長谷部雅子、冨田勝、板谷光泰
  • 学会等名: 日本農芸化学会
  • 発表場所: 川崎市
• [学会発表] 枯草菌ゲノム工学：OGAB法による人工オペロンの構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾、富樫貴、長谷部雅子、冨田勝、板谷光泰
  • 学会等名: グラム陽性菌ゲノム機能会議
  • 発表場所: つくば市
• [学会発表] 人工オペロン設計手法の確立を目指して～植物特異的色素・アントシアニン合成経路の移植～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉積毅、冨田勝、板谷光泰、柘植謙爾
  • 学会等名: グラム陽性菌ゲノム機能会議
  • 発表場所: つくば市
• [学会発表] DESIGNING OF METABOLIC PATHWAY BY OPERON STRATEGY (2013)
  • 著者名/発表者名: Kenji Tsuge
  • 学会等名: for Innovative Biorefinery in Beijing 2013
  • 発表場所: 中国北京
• [学会発表] Construction of metabolic pathways that are comprised of multi-genes by operon strategy (2013)
  • 著者名/発表者名: Kenji Tsuge
  • 学会等名: CBI学会
  • 発表場所: 東京都江東区
• [学会発表] Toward the establishment of design rule for artificial operons; transplanting plant specific pigment anthocyanin biosynthetic pathway as a model (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Yoshizumi, Masaru Tomita, Mitsuhiro Itaya, and Kenji Tsuge
  • 学会等名: CBI学会
  • 発表場所: 東京都江東区
• [学会発表] 一次代謝経路の人工オペロンの構築 (2013)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾、富樫貴、長谷部雅子、冨田勝、板谷光泰
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会6.0
  • 発表場所: 山形県鶴岡市
• [学会発表] アントシアニン合成人工オペロン設計に向けた網羅的酵素反応 (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉積毅、冨田勝、板谷光泰、柘植謙爾
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会6.0
  • 発表場所: 山形県鶴岡市
• [学会発表] 人工非メバロン酸経路オペロン構築の試み (2013)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾、富樫貴、長谷部雅子、冨田勝、板谷光泰
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸市
• [学会発表] 人工オペロン設計手法の確立を目指して～植物特異的色素・アントシアニン合成経路の移植～ (2013)
  • 著者名/発表者名: 吉積毅、冨田勝、板谷光泰、柘植謙爾
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会
  • 発表場所: 神戸市
• [学会発表] 合成生物学の手法による多要素からなる生物システムの再構築 (2012)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: 第85回日本生化学会大会
  • 発表場所: 福岡県福岡市
  • 年月日: 2012-12-14
  • 招待講演
• [学会発表] Investigation of arrangement problem of artificial operons in designed genome (2012)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: 第35回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡県福岡市
  • 年月日: 2012-12-11
• [学会発表] Toward production of a plant pigment, anthocyainin in E. coli with synthetic biological approach (2012)
  • 著者名/発表者名: 吉積毅
  • 学会等名: 第35回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 福岡県福岡市
  • 年月日: 2012-12-11
• [学会発表] 人工オペロンによるボトムアップ型ゲノムデザイン (2012)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: 第3回新規材料創製を目指した合成生物学シンポジウム
  • 発表場所: 埼玉県和光市
  • 年月日: 2012-11-16
  • 招待講演
• [学会発表] ボトムアップ型戦略によるバクテリアゲノムのデザイン (2012)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: 8. 革新的バイオマテリアル実現のための高機能化ゲノムデザイン技術開発キックオフシンポジウム
  • 発表場所: 東京都
  • 年月日: 2012-10-30
• [学会発表] Investigation of artificial glycolytic operon toward elucidation of operon rule (2012)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: The 4th Foundations of Systems Biology in Engineering (FOSBE2012)
  • 発表場所: 山形県鶴岡市
  • 年月日: 2012-10-21
• [学会発表] Construction of metabolic pathway by artificial operon (2012)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: The 5th International Conference on Industrial Bioprocesses (IFIB-2012)
  • 発表場所: 台湾台北市
  • 年月日: 2012-10-07
  • 招待講演
• [学会発表] オペロン戦略による代謝経路の構築 (2012)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: 第44回日本化学工学会秋季大会
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2012-09-19
  • 招待講演
• [学会発表] Investigation of design rule for artificial operon toward whole genome design (2012)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: 15th International Biotechnology Symposium and Exhibition (IBS2012)
  • 発表場所: 韓国大邱市
  • 年月日: 2012-09-16
  • 招待講演
• [学会発表] 人工オペロン構築を目指したオペロン内遺伝子発現バイアスの解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: 2012年度グラム陽性菌ゲノム機能会議
  • 発表場所: 静岡県焼津市
  • 年月日: 2012-08-30
• [学会発表] Construction of glycolytic pathway by artificial operon toward genome design (2012)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: The 12th Asian Conference on Transcription
  • 発表場所: 韓国済州道
  • 年月日: 2012-06-06
• [学会発表] Metabolic pathway designing by operon strategy (2012)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: Japan-Finland Biotechnology Symposium 2012
  • 発表場所: 宮城県仙台市
  • 年月日: 2012-06-05
• [学会発表] ゲノムデザイン学:人工解糖系オペロンの転写・翻訳解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: 日本農芸化学会2012年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学
  • 年月日: 2012-03-24
• [学会発表] Genome construction technology and genome design (2012)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: 14th A-IMBN Annual Conference
  • 発表場所: タイ王国・Thailand Science Park(招待講演)
  • 年月日: 2012-03-01
• [学会発表] Genome designing biology : Construction of glycolytic pathway by artificial operon (2011)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: 第34回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2011-12-13
• [学会発表] Construction of glycolytic pathway by artificial operon (2011)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: UK-Japan Workshop on Microbial Systems Biology
  • 発表場所: 鶴岡市先端研究産業支援センター
  • 年月日: 2011-10-28
• [学会発表] ゲノムデザイン学:人工オペロンによる解糖系構築の試み (2011)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: 日本農芸化学会東北支部第12回若手の会
  • 発表場所: いこいの村庄内
  • 年月日: 2011-10-07
• [学会発表] 人工オペロンによる代謝経路のデザイン (2011)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: 第63回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 東京農工大学
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] 人工オペロンによる解糖系の構築 (2011)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 学会等名: 平成23年度グラム陽性菌ゲノム機能会議
  • 発表場所: 福山大学
  • 年月日: 2011-08-25
• [学会発表] Investigation of an artificial glycolytic operon toward bottom-up designing of a genome
  • 著者名/発表者名: Kenji Tsuge, Kenji Nakahigashi, Takashi Togashi, Masako Hasebe, Yuki Takai, Miki Hasegawa, Yasuyuki Igarashi, Naoyuki Sugiyama, Naomi Sato, Yoshiaki Hirayama, Yasushi Ishihama, Tomoyoshi Soga, Masaru Tomita, and Mitsuhiro Itaya
  • 学会等名: UK-Japan Workshop
  • 発表場所: 京都市
• [図書] Chapter 4 Efficient and Accurate Production of De Novo Designed Large-Size Gene Clusters by a Novel Bacillus subtilis-Based System (In, Microbial Production, (Eds) Hideharu Anazawa and Sakayu Shimizu) (2014)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhiro Itaya, Shinya Kaneko, and Kenji Tsuge
  • 総ページ数: 18
  • 出版者: Springer
• [図書] ひらく、ひらく「バイオの世界」14歳からの生物工学入門 (2012)
  • 著者名/発表者名: 日本生物工学会編
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 化学同人
• [図書] 合成生物工学の隆起―有用物質の新たな生産法構築をめざして― (2012)
  • 著者名/発表者名: 柘植謙爾
  • 総ページ数: 9
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] Escherichia coli and Bacillus subtilis ; the frontiers of molecular microbiology revisited (2012)
  • 著者名/発表者名: Itaya, Mitsuhiro
  • 出版者: Chapter 9 Genome integrity, instability and construction(掲載決定)
• [備考] 新学術領域研究 動的・他要素な生体分子ネットワークを理解するための合成生物学の基盤研究
  • URL: http://www.syn-biol.com/
• [備考] 慶應義塾大学 先端生命科学研究所 柘植謙爾
  • URL: http://www.iab.keio.ac.jp/jp/content/view/328/139/
• [備考] 新学術領域研究 動的・多要素な生体分子ネットワークを理解するための合成生物学の基盤研究
  • URL: http://www.syn-biol.com/
• [備考] 慶應義塾大学 先端生命科学研究所 柘植謙爾
  • URL: http://www.iab.keio.ac.jp/jp/content/view/328/140/
• [備考] 新学術領域研究 動的・多要素な生体分子ネットワークを理解するための合成生物学の基盤研究
  • URL: http://www.syn-biol.com/
• [備考] 慶應義塾大学 先端生命科学研究所 柘植謙爾
  • URL: http://www.iab.keio.ac.jp/data/interview/Tsugesan/tsuge-rev.html
• [備考] 新学術領域研究動的・多要素な生体分子ネットワークを理解するための合成生物学の基盤研究
  • URL: http://www.syn-biol.com/
• [備考] 所属機関作成の研究内容の紹介
  • URL: http://www.iab.keio.ac.jp/jp/content/view/328/139/