酸素に応答する代謝経路のスイッチング機構の解明と新規バイオプロセスへの応用

• 研究課題/領域番号: 17K14866
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生物機能・バイオプロセス
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 柘植 陽太 金沢大学, 新学術創成研究機構, 助教 (00647422)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2018年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 代謝スイッチ / コリネ型細菌 / 代謝工学 / 応用微生物学 / バイオプロダクション / 応用微生物 / 発酵 / 細菌 / バイオテクノロジー

研究成果の概要

本研究では酸素を代謝スイッチとして用いることで、コリネ型細菌の解糖系とペントースリン酸経路の切り換えに成功した。解糖系とペントースリン酸経路の切り換えは分岐点であるグルコース-6-リン酸を基質とするグルコース-6-リン酸イソメラーゼ遺伝子のプロモーターを置換することで実現した。本代謝スイッチを用いることで、樹脂原料であるカダベリンとコハク酸を好気条件と嫌気条件それぞれ効率的に生産する菌株を作製した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では酸素という環境因子をスイッチとして用いることで、微生物の中央代謝経路を酸素レベルに応答して自動的に切り換える回路を設計した。本システムを用いることで、樹脂原料として注目されているカダベリンとコハク酸を好気条件下と嫌気条件下で効率的に生産する菌株を作製することに成功した。本システムで確立した代謝スイッチは他の有用化合物の生産にも利用可能であるため、高い汎用性を持つと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum for hyperproduction of polymer-grade l- and d-lactic acid (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuge Yota、Kato Naoto、Yamamoto Shogo、Suda Masako、Jojima Toru、Inui Masayuki
  • 雑誌名: Applied Microbiology and Biotechnology 巻: 103 号: 8 ページ: 3381-3391
  • DOI: 10.1007/s00253-019-09737-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Less biomass and intracellular glutamate in anodic biofilms lead to efficient electricity generation by microbial fuel cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Daisuke、Sasaki Kengo、Tsuge Yota、Kondo Akihiko
  • 雑誌名: Biotechnology for Biofuels 巻: 12 号: 1 ページ: 72-72
  • DOI: 10.1186/s13068-019-1414-y
  • NAID: 120006619819
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced production of d-lactate from mixed sugars in Corynebacterium glutamicum by overexpression of glycolytic genes encoding phosphofructokinase and triosephosphate isomerase (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsuge Yota、Kato Naoto、Yamamoto Shogo、Suda Masako、Inui Masayuki
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 127 号: 3 ページ: 288-293
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2018.08.002
  • NAID: 40021846249
  • 査読あり
• [雑誌論文] Changes in the microbial consortium during dark hydrogen fermentation in a bioelectrochemical system increases methane production during a two-stage process (2018)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Kengo、Sasaki Daisuke、Tsuge Yota、Morita Masahiko、Kondo Akihiko
  • 雑誌名: Biotechnology for Biofuels 巻: 11 号: 1 ページ: 173-173
  • DOI: 10.1186/s13068-018-1175-z
  • NAID: 120006488502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum for production of sunscreen shinorine (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuge Y, Kawaguchi H, Yamamoto S, Kaetsu K, Sota H, Ogino C, Kondo A
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, & Biochemistry 巻: 20 号: 7 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1080/09168451.2018.1452602
  • 査読あり
• [雑誌論文] 酸素をスイッチとした二つの樹脂原料の微生物生産 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林俊介、柘植陽太
  • 雑誌名: アグリバイオ 巻: 2 ページ: 70-72
  • NAID: 40021808119
• [雑誌論文] 増えるために食べる～細胞増殖と中央代謝の接合点～ (2018)
  • 著者名/発表者名: 柘植陽太
  • 雑誌名: 生物工学会会誌 巻: 96 ページ: 272-272
• [雑誌論文] Application of microalgae hydrolysate as a fermentation medium for microbial production of 2-pyrone 4,6-dicarboxylic acid (2018)
  • 著者名/発表者名: Htet AN, Noguchi M, Ninomiya K, Tsuge Y, KajitaS, Masai E, Katayama Y, Shikinaka K, Otsuka Y, Nakamura M, Kuroda K, Honda T, Takahashi K
  • 雑誌名: Journal of Bioengineering and Biotechnology 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 717-722
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2017.12.026
  • NAID: 40021570162
  • 査読あり
• [雑誌論文] 有機酸生産におけるコリネ型細菌の耐熱性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 水野 光、柘植 陽太
  • 雑誌名: アグリバイオ 巻: 1 ページ: 91-93
  • NAID: 40021807934
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design of wall-destructive but membrane-compatible solvents (2017)
  • 著者名/発表者名: Kuroda K, Satria H, Miyamura K, Tsuge Y, Ninomiya K, Takahashi K
  • 雑誌名: Journal of American Chemical Society 巻: 139 号: 45 ページ: 16052-16055
  • DOI: 10.1021/jacs.7b08914
  • NAID: 120006766283
  • 査読あり
• [学会発表] Bidirectional switching of carbon flow between glycolysis and pentose phosphate pathway by oxygen level in Corynebacterium glutamicum (2018)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Kobayashi, Katsuki Murai, Hideo Kawaguchi, Kazuaki Ninomiya, Kenji Takahashi, Akihiko Kondo, Yota Tsuge
  • 学会等名: The 10th International Symposium of Innovative BioProduction Kobe
  • 国際学会
• [学会発表] Anaerobic glucose consumption is accelerated at above the upper limit of growth temperature in Corynebacterium glutamicum (2018)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Mizuno, Koichi Toyoda, Kazuaki Ninomiya, Kenji Takahashi, Masayuki Inui, Yota Tsuge
  • 学会等名: The 10th International Symposium of Innovative BioProduction Kobe
  • 国際学会
• [学会発表] コリネ型細菌における増殖至適温度と中央代謝経路の最適温度の違い (2018)
  • 著者名/発表者名: 水野光、豊田晃一、仁宮一章、 高橋憲司、乾将行、柘植 陽太
  • 学会等名: 第10回北陸合同バイオシンポジウム
• [学会発表] Anaerobic glucose consumption is accelerated at above the upper limit of growth temperature in Corynebacterium glutamicum. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Mizuno, Koichi Toyoda, Kazuaki Ninomiya, Kenji Takahashi, Masayuki Inui, Yota Tsuge
  • 学会等名: The 10th International Symposium of Innovative BioProduction Kobe
• [学会発表] 酸素をスイッチとしたコリネ型細菌中央代謝経路の切り替え (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林俊介、岩崎還帰、川口秀夫、仁宮一章、荻野千秋、高橋憲司、近藤昭彦、柘植陽太
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] コリネ型細菌は増殖できない温度下で乳酸・コハク酸を高生産する (2018)
  • 著者名/発表者名: 水野光、豊田晃一、仁宮一章、乾将行、近藤昭彦、高橋憲司、柘植陽太
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] 酸素を代謝スイッチとした二つの樹脂原料の微生物生産 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林俊介、岩崎還帰、川口秀夫、仁宮一章、荻野千秋、高橋憲司、近藤昭彦、柘植陽太
  • 学会等名: 第10回北陸合同バイオシンポジウム
• [学会発表] コリネ型細菌は増殖できない温度下で乳酸・コハク酸を高生産する (2017)
  • 著者名/発表者名: 水野光、仁宮一章、高橋憲司、柘植陽太
  • 学会等名: 第10回北陸合同バイオシンポジウム
• [学会発表] 酸素をスイッチとした二つの樹脂原料の微生物生産 (2017)
  • 著者名/発表者名: 柘植陽太、川口秀夫、近藤昭彦
  • 学会等名: 化学工学会金沢大会
• [学会発表] 酸素をスイッチとした二つの樹脂原料の個別生産 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林俊介、柘植陽太、岩崎還帰、川口秀夫、仁宮一章、荻野千秋、高橋憲司、近藤昭彦
  • 学会等名: 第69回日本生物工学会
• [学会発表] 乳酸・コハク酸生産時におけるコリネ型細菌の耐熱性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 水野光、柘植陽太、仁宮一章、乾将行、近藤昭彦、高橋憲司
  • 学会等名: 第69回日本生物工学会
• [学会発表] コリネ型細菌は増殖できない温度下で乳酸・コハク酸を高生産する (2017)
  • 著者名/発表者名: 水野光、仁宮一章、高橋憲司、柘植陽太
  • 学会等名: 北陸の微生物研究シンポジウム
• [図書] Production of amino acids (L-glutamic acid and L-lysine) from biomass In: Fang Z, Smith R, Qi X (ed) Production of Platform Chemicals from Sustainable Resources (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsuge Y, Kondo A
  • 総ページ数: 475
  • 出版者: Springer Singapore
  • ISBN: 9789811041716
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: https://sites.google.com/site/ytsugelab/