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マメ科植物と根粒菌の共生による窒素固定は、窒素固定酵素の脆弱性ゆえに、大量生産には不向きである。我々は、ゲノム解析と独自に開発してきたモノリス分析材料を用いた分離媒体による根粒菌のプロテオーム解析から、ゲノム編集操作、特に，人工誘導性プロモーターの導入による遺伝子発現系の切り替えにより、微生物だけによる、マメ科植物に依存しない自立した窒素固定が可能であることを明らかにした。この解析を通じて、微生物「単独」での窒素固定とアンモニア生産系の確立が可能であることが判明した。これにより、未来のエネルギーとも言える「水素のキャリアーとしてのアンモニア生産」系の構築も同時にめざして、微生物工学による資源創出へのさらなる展開も拡大できた。
具体的には、培養したL. japonicusにM. lotiを接触させ、根粒を形成させ、比較対照として通常培地で培養したM. lotiを非共生状態サンプルとして培養したのち、根粒内及び、非共生状態の微生物を破砕し、タンパク質試料を調製した。次に、独自に開発したキャピラリーモノリスカラムを用いたナノLC/MS/MSシステムによる高分解能と高速性能をもつプロテオーム解析系を構築し、網羅的で経時的な定量タンパク質の解析を行った。判明した共生状態と非共生状態で発現するタンパク質をすべて網羅的に同定定量するタンパク質のプロファイルにより、感染と窒素固定の要素の含有による共生という生命現象を遺伝子レベルならびに、発現、すなわち、プロテオームレベルで明らかにできた。
このデータをもとに、植物からの誘導物質によるプロモーターを人工的に誘導可能なプロモーターにゲノム編集操作を利用して変換し、根粒菌のみで、空中窒素の固定と水素キャリアーとしてのアンモニア生産という、従来の植物との共生に依存しない、自立した「微生物単独」での大量実用生産系の構築が可能になった。
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