| 研究課題/領域番号 |
21K06142
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分43060:システムゲノム科学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
前田 智也 北海道大学, 農学研究院, 助教 (10754252)
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| 研究分担者 |
横田 篤 北海道大学, 農学研究院, 教授 (50220554)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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| キーワード | 適応的実験室進化 / 酸化的リン酸化 / 中枢代謝 / 呼吸鎖 / NADHデヒドロゲナーゼ / 酸化還元バランス / 大腸菌 / コリネ型細菌 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
大腸菌とコリネ型細菌における様々な酸化的リン酸化抑制変異株を親株として、適応的実験室進化を行うことで、生育が改善した適応進化株を取得する。続いて、得られた進化株におけるゲノム上の変異の同定及び、代謝能の変化を解析することで、生育の改善をもたらす要因を特定する。こうした実験により、好気性細菌の酸化的リン酸化抑制時における生育と代謝の最適化戦略を明らかにする。さらに、進化実験により同定した変異を大腸菌のピルビン酸生産株、及びコリネ型細菌のグルタミン酸生産株に導入し、それぞれピルビン酸とグルタミン酸の生産試験を行うことで、有用物質の生産性や収量が向上することを実証する。
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| 研究成果の概要 |
本研究では、産業微生物である大腸菌やコリネ型細菌の発酵生産効率向上を目的として、様々な酸化的リン酸化変異株の適応的実験室進化を行った。先行研究により、呼吸鎖欠損株やNADH酸化系を破壊した株では、糖代謝が亢進する一方、生育が悪化することが明らかになっていた。そこで、生育が著しく悪化する酢酸を単一炭素源とした場合における適応的実験室進化を行うことで、酢酸最少培地における生育が回復した各種進化株を得る事に成功した。これらの進化株のいくつかはグルコース最少培地における生育速度も向上していた。さらに、全ゲノムリシーケンス解析や、変異導入実験などを行い、進化をもたらしたメカニズムを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
地球環境の保全や化石燃料の枯渇に対処するために、微生物と再生可能なバイオマス資源を用いた有用物質生産の効率化を達成する方法の解明が求められている。こうした背景から、産業上重要な大腸菌やコリネ型細菌における発酵の効率化は学術的にも社会的にも重要である。先行研究により、呼吸鎖やその他NADH酸化系などを不活性化すると、細胞当たりの発酵効率が向上する一方、生育が著しく悪化することが明らかになっていたため、これらの変異株を用いた物質生産は実用化に至らなかった。こうした課題に対し本研究では、こうした変異株の適応的実験室進化を行うことで、中枢代謝が強化された状態で生育を回復させる方法を見出すことができた。
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