L体およびD体のホモポリ-γ-L-グルタミン酸の合成とメカニズム解明

• 研究課題/領域番号: 20K20371
• 補助金の研究課題番号: 18H05360 (2018-2019)
• 研究種目: 挑戦的研究(開拓)
• 配分区分: 基金 (2020); 補助金 (2018-2019)
• 審査区分: 中区分38:農芸化学およびその関連分野
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 石川 周 神戸大学, 科学技術イノベーション研究科, 准教授 (30359872)
• 研究分担者: 戸谷 吉博 大阪大学, 大学院情報科学研究科, 准教授 (70582162)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円); 2022年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2021年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2020年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2019年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2018年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
• キーワード: γ-L-PGA / 枯草菌 / オーバーフロー代謝 / 繊維状化細胞 / γ-PGA / AbrB / Spo0A / ゲノム縮小株 / γ-D-PGA / アセトイン合成遺伝子

研究開始時の研究の概要

我々は枯草菌において高分子γ-L-PGAを高生産する株を取得・変異を特定した。その解析結果から、①γ-PGAの合成はPgsBCだけで行われ、その生成物は γ-L-PGAとなる、②N末端側はPgsBC複合体の安定化、それによるγ-L-PGAの生産性の向上・高分子量化に関わる、③PgsAのC末端領域がγ-PGAへのD-グルタミン酸の挿入を担う、という仮説に至った。この仮説を検証することにより高分子γ-L-PGA の生産メカニズムの解明し、高分子 γ-D-PGA を生産する方法を枯草菌で確立する。

研究成果の概要

DL-PGAおよびL-PGA合成の分子メカニズムを解明し、野生型PgsAよりも高い生産性を示す変異体の獲得に成功した。また、PGA生産性向上につながる、増殖阻害が見られないアセトイン・酢酸合成経路欠損株の作成、繊維状化細胞の開発にも成功した。D-PGA合成が亢進した株のスクリーニング法を構築したが、D-PGA生産変異株は取得できなかった。しかし、D-PGA合成変異株の取得方法を新たに考案した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は信頼性の高いPGA合成の分子メカニズムのモデル提唱に至り、その学術的意義は計り知れない。特に、L-PGA高生産変異株の取得、超高分子L-PGA生産技術開発は画期的である。さらに新規代謝システム構築と繊維状細胞構築の成功は、工業スケールの生物生産プロセス改良へと繋がる。これらの成果は社会全体に影響を及ぼす可能性がある。

研究成果

• [国際共同研究] Newcastle University/entre for Bacterial Cell Biology/Jeffery Errington's Lab(英国)
• [雑誌論文] 簡便にゲノムを縮小することは可能か？ (2021)
  • 著者名/発表者名: 石川 周
  • 雑誌名: 生物工学会誌 巻: 99 号: 3 ページ: 136-136
  • DOI: 10.34565/seibutsukogaku.99.3_136
  • NAID: 130008002770
  • ISSN: 0919-3758, 2435-8630
  • 年月日: 2021-03-25
• [雑誌論文] A bacterial cell factory converting glucose into scyllo-inositol, a therapeutic agent for Alzheimer's disease (2020)
  • 著者名/発表者名: Michon C, Kang CM, Karpenko S, Tanaka K, Ishikawa S, Yoshida KI
  • 雑誌名: Commun Biol. 巻: 3 号: 1 ページ: 95-95
  • DOI: 10.1038/s42003-020-0814-7
  • NAID: 120006818792
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Production of <i>scyllo</i>-Inositol: Conversion of Rice Bran into a Promising Disease-Modifying Therapeutic Agent for Alzheimer’s Disease (2019)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichi YOSHIDA, Shu ISHIKAWA
  • 雑誌名: Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｖｉｔａｍｉｎｏｌｏｇｙ 巻: 65 号: Supplement ページ: S139-S142
  • DOI: 10.3177/jnsv.65.S139
  • NAID: 130007729783
  • ISSN: 0301-4800, 1881-7742
  • 年月日: 2019-10-11
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] クエン酸による 細菌の増殖阻害メカニズムの解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石川周
  • 学会等名: 日本防菌防黴学会第48回年次大会
  • 招待講演
• [学会発表] 枯草菌における繊維状化細胞の制御技術の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 桂川晴日、中辻美咲、吉田健一、石川周
  • 学会等名: 2021年度グラム陽性菌ゲノム機能会議
• [学会発表] クエン酸の殺菌メカニズムの解明とそれを利用した新規プロトプラスト形質転換法の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本 純也、吉田 健一、石川 周
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西・中部支部2019年度合同神戸大会
• [学会発表] ノシトール異性体を相互変換するコンビナトリアルエンザイモロジー (2019)
  • 著者名/発表者名: 牧野恒平、石川周、吉田健一
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西支部第511回講演会