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イソプレノイド生産に向けた革新的シャーシとなる微生物細胞の創製

研究課題

研究課題/領域番号 20H02899
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分38020:応用微生物学関連
研究機関名古屋大学

研究代表者

邊見 久  名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (60302189)

研究分担者 海野 英昭  長崎大学, 工学研究科, 准教授 (10452872)
伊藤 智和  名古屋大学, 生命農学研究科, 講師 (90584970)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2022年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2021年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
キーワードメバロン酸経路 / イソプレノイド / 古細菌 / 大腸菌
研究開始時の研究の概要

イソプレノイドは自然界最大の天然化合物群であり、その中には膨大な数の有用物質が含まれる。これまでに、微生物による有用イソプレノイドの発酵生産を高効率化する目的で、その前駆体供給経路であるメバロン酸経路を使った代謝工学的な試みがなされてきた。しかし、微生物に対するそれらの代謝経路のエネルギー負荷は大きく、生産量の向上には限界があった。本研究では、最近申請者らが古細菌から見出した、ATP 消費量の少ない「低エネルギー負荷型」メバロン酸経路を大腸菌に導入し、イソプレノイド生産のシャーシ(土台)として広範な目的に利用可能な微生物株の作製を目指すと同時に、同経路を構成する酵素に関する理解を深める。

研究成果の概要

我々が近年見出した低エネルギー消費型代謝経路である古細菌型メバロン酸経路を大腸菌に導入し、有用イソプレノイドの発酵生産に応用することで、より効率的な物質生産が可能となるか検証を進めた。条件次第では既存経路を有する大腸菌株を上回る生産量が達成され、古細菌型メバロン酸経路の応用可能性を示すことができた。さらに、同経路に関連する新奇酵素群の酵素学的解析を進め、多くの知見を得た。特に一部酵素の酸素感受性については同経路の応用に関わる重要な情報であった。その他にも、一部古細菌に特有な変形メバロン酸経路に特異的に含まれる酵素について活性制御に関わる興味深い知見を得ている。

研究成果の学術的意義や社会的意義

古細菌という生物群が広く有する古細菌型の変形メバロン酸経路は、一部異なる酵素によって構成される真核生物型のメバロン酸経路に比べて、生産される物質あたり消費するエネルギーが少なくて済む、低エネルギー消費型代謝経路である。この古細菌型経路を微生物による有用な物質生産に利用することで、以前よりも効率的な生産が可能になると期待される。本研究ではその可能性を検証し、酸素供給などの条件次第では予想通り古細菌型メバロン酸経路による効率的な物質生産が行えることを示した。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (37件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 2件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 9件) 学会発表 (21件)

  • [国際共同研究] University of California Los Angeles(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] University of California Los Angeles(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] University of California Los Angeles(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] d‐amino acid auxotrophic Escherichia coli strain for in vivo functional cloning of novel d‐amino acid synthetic enzyme2023

    • 著者名/発表者名
      Ito Tomokazu、Muto Natsumi、Sakagami Haruna、Tanaka Miho、Hemmi Hisashi、Yoshimura Tohru
    • 雑誌名

      The FEBS Journal

      巻: 290 号: 11 ページ: 2895-2908

    • DOI

      10.1111/febs.16734

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A [4Fe-4S] cluster resides at the active center of phosphomevalonate dehydratase, a key enzyme in the archaeal modified mevalonate pathway2023

    • 著者名/発表者名
      Komeyama Mutsumi、Kanno Kohsuke、Mino Hiroyuki、Yasuno Yoko、Shinada Tetsuro、Ito Tomokazu、Hemmi Hisashi
    • 雑誌名

      Frontiers in Microbiology

      巻: 14 ページ: 1150353-1150353

    • DOI

      10.3389/fmicb.2023.1150353

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Crystal structure of mevalonate 3,5-bisphosphate decarboxylase reveals insight into the evolution of decarboxylases in the mevalonate metabolic pathways2022

    • 著者名/発表者名
      Aoki Mizuki、Vinokur Jeffrey、Motoyama Kento、Ishikawa Rino、Collazo Michael、Cascio Duilio、Sawaya Michael R.、Ito Tomokazu、Bowie James U.、Hemmi Hisashi
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 298 号: 7 ページ: 102111-102111

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2022.102111

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Mechanism of pyridoxine 5'-phosphate accumulation in pyridoxal 5'-phosohate-binding protein-deficiency2022

    • 著者名/発表者名
      Ito, T., Ogawa, H., Hemmi, H., Downs, D. M., & Yoshimura, T.
    • 雑誌名

      Jornal of Bacteriology

      巻: 204 号: 3

    • DOI

      10.1128/jb.00521-21

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Identification and functional analysis of a new type of Z,E-mixed prenyl reductase from mycobacteria2022

    • 著者名/発表者名
      Abe, T., Hakamata, M., Nishiyama, A., Tateishi, Y., Matsumoto, S., Hemmi, H., Ueda, D., and Sato, T.
    • 雑誌名

      The FEBS journal

      巻: - 号: 16 ページ: 4981-4997

    • DOI

      10.1111/febs.16412

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Identification and characterization of a serine racemase in the silkworm Bombyx mori2022

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Yui、Yoshimura Tohru、Hakamata Maho、Saito Chiaki、Sumitani Megumi、Sezutsu Hideki、Hemmi Hisashi、Ito Tomokazu
    • 雑誌名

      The Journal of Biochemistry

      巻: 172 号: 1 ページ: 17-28

    • DOI

      10.1093/jb/mvac026

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Total Synthesis and Structure Confirmation of trans-Anhydromevalonate-5-phosphate, a Key Biosynthetic Intermediate of the Archaeal Mevalonate Pathway2021

    • 著者名/発表者名
      Yasuno Yoko、Nakayama Atsushi、Saito Kai、Kitsuwa Kohei、Okamura Hironori、Komeyama Mutsumi、Hemmi Hisashi、Shinada Tetsuro
    • 雑誌名

      Journal of Natural Products

      巻: 84 号: 10 ページ: 2749-2754

    • DOI

      10.1021/acs.jnatprod.1c00615

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Urinary L-erythro-β-hydroxyasparagine - a novel serine racemase inhibitor and substrate of the Zn2+-dependent D-serine dehydratase2021

    • 著者名/発表者名
      Ito T., Tono M., Kitaura Y., Hemmi H., Yoshimura T
    • 雑誌名

      Bioscience Reports

      巻: 41 号: 4

    • DOI

      10.1042/bsr20210260

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Isopentenyl diphosphate/dimethylallyl diphosphate-specific Nudix hydrolase from the methanogenic archaeon Methanosarcina mazei2021

    • 著者名/発表者名
      Ishibashi Yumi、Matsushima Natsumi、Ito Tomokazu、Hemmi Hisashi
    • 雑誌名

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      巻: 86 号: 2 ページ: 246-253

    • DOI

      10.1093/bbb/zbab205

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evolution and properties of alanine racemase from Synechocystis sp. PCC6803.2021

    • 著者名/発表者名
      Ashida, H., Murakami, K., Inagaki, K., Sawa, Y., Hemmi, H., Iwasaki, Y. Yoshimura, T.
    • 雑誌名

      Journal of Biochemistry

      巻: mvab155 号: 4 ページ: 421-428

    • DOI

      10.1093/jb/mvab155

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A versatile cis-prenyltransferase from Methanosarcina mazei catalyzes both C- and O-prenylations2021

    • 著者名/発表者名
      Okada Miyako、Unno Hideaki、Emi Koh-ichi、Matsumoto Mayuko、Hemmi Hisashi
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: in press ページ: 100679-100679

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2021.100679

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Construction of an artificial biosynthetic pathway for hyperextended archaeal membrane lipids in the bacterium Escherichia coli2020

    • 著者名/発表者名
      Yoshida Ryo、Hemmi Hisashi
    • 雑誌名

      Synthetic Biology

      巻: 5 号: 1

    • DOI

      10.1093/synbio/ysaa018

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Mechanism of eukaryotic serine racemase-catalyzed serine dehydration2020

    • 著者名/発表者名
      Ito Tomokazu、Matsuoka Mai、Goto Masaru、Watanabe Soichiro、Mizobuchi Taichi、Matsushita Kazuma、Nasu Ryoma、Hemmi Hisashi、Yoshimura Tohru
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics

      巻: 1868 号: 9 ページ: 140460-140460

    • DOI

      10.1016/j.bbapap.2020.140460

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 低酸素条件におけるイソプレノイド生産を強化する古細菌型メバロン酸経路2023

    • 著者名/発表者名
      高橋拓矢、伊藤智和、邊見 久
    • 学会等名
      2023年度日本農芸化学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 大腸菌における新奇フォリルポリ-α-グルタミン酸合成酵素の同定と機能解析2023

    • 著者名/発表者名
      小瀬有里奈、邊見久、伊藤智和
    • 学会等名
      2023年度日本農芸化学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] アーキア型メバロン酸経路を用いた大腸菌のイソプレノイド生産能強化2022

    • 著者名/発表者名
      高橋拓矢、吉田 稜、伊藤智和、吉村 徹、邊見 久
    • 学会等名
      2022年度日本農芸化学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
  • [学会発表] カイコセリンラセマーゼの同定と酵素学的性質の解析2022

    • 著者名/発表者名
      田中優衣、伊藤智和、邊見 久、吉村 徹
    • 学会等名
      2022年度日本農芸化学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
  • [学会発表] Escherichia coliにおけるピリドキシン5’-リン酸の脱リン酸化酵素の同定2022

    • 著者名/発表者名
      松尾ひなの、邊見 久、吉村 徹、伊藤智和
    • 学会等名
      日本ビタミン学会第74回大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Picrophilus torridus由来3,5-ビスホスホメバロン酸デカルボキシラーゼにおける奇妙な活性制御2022

    • 著者名/発表者名
      邊見 久、青木瑞希、本山賢人、石川りの、伊藤智和
    • 学会等名
      日本Archaea研究会第34回講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 超好熱性古細菌Aeropyrum pernix由来ホスホメバロン酸脱水酵素の鉄硫黄クラスターに関する研究2022

    • 著者名/発表者名
      菅野航佑、米山 睦、三野広幸、品田哲郎、保野陽子、伊藤智和、吉村 徹、邊見 久
    • 学会等名
      第30回イソプレノイド研究会例会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Production of archaeal membrane lipids in bacterial cells to overcome lipid divide and engineer a membrane2022

    • 著者名/発表者名
      Hisashi Hemmi
    • 学会等名
      第95回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ゲラニルゲラニル二リン酸による3,5-ビスホスホメバロン酸デカルボキシラーゼの活性制御2022

    • 著者名/発表者名
      石川りの、青木瑞希、本山賢人、伊藤智和、邊見 久
    • 学会等名
      第95回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Escherichia coli におけるビタミンB6発酵生産法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      松尾ひなの,邊見久,吉村徹,伊藤智和
    • 学会等名
      第95回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 乳酸菌のD-アミノ酸トランスポーターの同定と性状解析2022

    • 著者名/発表者名
      青木浩一郎,邊見久,伊藤智和
    • 学会等名
      第95回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 哺乳類のピリドキサールレダクターゼ同定に向けた取り組み2021

    • 著者名/発表者名
      西山尚来、伊藤智和、邊見 久、吉村 徹
    • 学会等名
      日本ビタミン学会第73回大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] アーキア型メバロン酸経路の鍵酵素であるホスホメバロン酸脱水酵素は[4Fe-4S]型鉄硫黄クラスターを有する2021

    • 著者名/発表者名
      米山 睦、三野広幸、保野陽子、品田哲郎、伊藤智和、邊見 久
    • 学会等名
      日本Archaea研究会第33回講演会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 大腸菌における長鎖アーキア膜脂質の生合成経路の構築2021

    • 著者名/発表者名
      吉田 稜、邊見 久
    • 学会等名
      第31回イソプレノイド研究会例会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ヘテロサブユニットの融合による古細菌由来cis-プレニルトランスフェラーゼの解析2021

    • 著者名/発表者名
      長坂有紗、Kitty Sompiyachoke、吉村 徹、邊見 久
    • 学会等名
      第94回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Escherichia coliにおけるビタミンB6脱リン酸化酵素の同定2021

    • 著者名/発表者名
      松尾ひなの、伊藤智和、邊見 久、吉村 徹
    • 学会等名
      第94回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] アーキア型メバロン酸経路の鍵酵素ホスホ-trans-アンヒドロメバロン酸デカルボキシラーゼの酵素学的研究2021

    • 著者名/発表者名
      松嶋 夏海、栗木 莉子、保野 陽子、品田 哲郎、吉村 徹、邊見 久
    • 学会等名
      2021年度日本農芸化学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Methanosarcina mazei 由来プレニル二リン酸特異的 Nudix hydrolase の機能解明2021

    • 著者名/発表者名
      石橋 裕美、松嶋 夏海、吉村 徹、邊見 久
    • 学会等名
      2021年度日本農芸化学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 超好熱性アーキア由来ホスホメバロン酸デヒドラターゼの活性中心に存在する鉄硫黄クラスターの解析2021

    • 著者名/発表者名
      米山 睦、三野 広幸、保野 陽子、品田 哲郎、吉村 徹、邊見 久
    • 学会等名
      2021年度日本農芸化学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 哺乳類のPLレダクターゼ同定に向けた取り組み2021

    • 著者名/発表者名
      西山 尚来、伊藤 智和、邊見 久、吉村 徹
    • 学会等名
      2021年度日本農芸化学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 未培養真正細菌に存在する古細菌型メバロン酸経路2020

    • 著者名/発表者名
      邊見 久、Riko Kuriki、吉田 稜
    • 学会等名
      第30回イソプレノイド研究会例会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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