| 研究課題/領域番号 |
21K12341
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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64050:循環型社会システム関連
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| 研究機関 | 中部大学 |
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研究代表者 |
宮田 茂 中部大学, 応用生物学部, 准教授 (90314913)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
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| キーワード | Clostridium perfringens / 水素 / 代謝工学 / ゲノム編集 / バイオマス / ウェルシュ菌 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ウェルシュ菌は嫌気要求度の低い偏性嫌気性菌で、現在知られている細菌のなかで最も速い増殖速度を示す細菌の一種である。旺盛な有機物分解能を有し、生育に伴い大量の水素を産生するが、セルロース資化性やトリアシルグリセロール分解能は有していない。本研究ではゲノム編集によりウェルシュ菌染色体を改変し、水素生産に関わる代謝系を構成する遺伝子の欠失及び挿入により水素生産性の向上を試みる。さらに、他菌種のセルラーゼ遺伝子等を染色体に挿入し、効率的にセルロースやヘミセルロース等のセルロース系バイオマスを資化できる株を構築する。同様に脂質代謝を改善し、各種バイオマス利用能を付加した高度水素生産株の構築を目指す。
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| 研究実績の概要 |
ウェルシュ菌は嫌気要求度の低い偏性嫌気性菌で、現在知られている細菌のなかで最も速い増殖速度を示す水素生産菌の一種である。本研究では、ゲノム編集によりウェルシュ菌染色体を改変し、水素生産に関わる代謝系を構成する遺伝子の欠失及び挿入により水素生産性の向上を試みた。加えて、廃棄物系バイオマスからの水素生産も目指している。今までに、ldhL、ldhD及びadhEの欠失がグルコース含有培地で高い水素生産性を示すことを明らかにした。また、pduCDEの欠失がグリセロール含有培地で増殖と水素生産性を大幅に改善することを明らかにした。
今年度、各種グリセロール代謝系遺伝子を染色体上の毒素遺伝子と置換した株を構築した結果、pduを欠失させ、glpFKA及びdhaRDKLMを、それぞれθ毒素遺伝子pfoA及びα毒素遺伝子を含む領域yplC-plcと置換した株がグリセロール含有培地で最も増殖し、pdu欠失株で見られた溶菌が抑制されることを明らかにした。
一方で、廃棄物系バイオマス利用のために、他のClostridium属由来のリパーゼ遺伝子を同定し、ウェルシュ菌で高発現させることに成功した。
また、ヘミセルロース資化性を付与するために以下の実験を行った。キシロース取込系の遺伝子(xylFGH)とペントースリン酸経路とつなぐためのキシロースイソメラーゼ遺伝子(xylA)とキシルロキナーゼ遺伝子(xylB)を、染色体上のθ毒素遺伝子pfoAと置換した株を構築した。キシロース含有培地で培養した結果、キシロースを資化し、増殖と水素生産が可能であることを明らかにした。加えて、キシランの分解のために、他のClostridium属由来のキシラナーゼ遺伝子を同定し、ウェルシュ菌で高発現させることに成功した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究では、セルロース系バイオマスや廃食油等の未(低)利用バイオマスから効率的に水素を生産可能な菌株を構築することを目的として、ゲノム編集によりウェルシュ菌の染色体を改変し、水素生産性に及ぼす効果を明らかにすることを目指している。当初から計画どおり研究が進まないことを考慮して、各課題を並行して進めることができるように研究を計画している。
2023年度は、グリセロール含有培地で増殖や水素生産が高いが溶菌しやすいpdu欠失株にグリセロール代謝系遺伝子を導入し、溶菌を抑制することに成功した。加えて、ウェルシュ菌にキシロース資化性を付与することに成功するとともに、ウェルシュ菌で高発現するリパーゼとキシラナーゼを選別した。それらのことから、全体的にはおおむね順調に進展していると考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
グルコース含有培地でもグリセロール含有培地でも、効率よく増殖し、高い水素生産性を示す株の構築を目指して、それぞれの培地でよく増殖し、高い水素生産性を示す4遺伝子を欠失させた多重欠失株を構築したが、予想に反してグリセロール含有培地での増殖が抑制された。引き続き、水素生産量が最大になる遺伝子欠失及び補充の組合せを明らかにする。また、ウェルシュ菌で高発現するキシロシダーゼを選別し、キシロース資化性を付与したウェルシュ菌に昨年度選別したキシラナーゼとともに導入し、キシラン資化性の付与を試みる。
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