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2018 年度 実績報告書

酸素に応答する代謝経路のスイッチング機構の解明と新規バイオプロセスへの応用

研究課題

研究課題/領域番号 17K14866
研究機関金沢大学

研究代表者

柘植 陽太  金沢大学, 新学術創成研究機構, 助教 (00647422)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワード代謝工学
研究実績の概要

初年度はコリネ型細菌において酸素を代謝スイッチとしてグルコース由来の炭素を解糖系とペントースリン酸経路を切り換えることで、好気条件では炭素をペントースリン酸経路に流してジアミンのカダベリンを、嫌気条件では炭素を解糖系に流すことでジカルボン酸のコハク酸を生産する株を作製した。二つの代謝経路の切り換えは分岐点であるグルコース-6-リン酸を基質とするグルコース-6-リン酸イソメラーゼ遺伝子(pgi)のプロモーターを置換することで実現した。
本年度は昨年度に作製した生産株の酵素活性解析や代謝解析、代謝フラックス解析など詳細な解析を行った。代謝フラックス解析により、カダベリンを生産する好気条件下においてPGIの比活性と解糖系への分岐比に正の相関があり、PPPへの分岐比が増加するほどカダベリンの対糖収率が増加することが確認された。pgi欠損株では増殖が著しく減退したが、各種プロモーター置換株ではPGIの比活性と解糖系への分岐比が増加するに伴い、増殖速度・グルコース消費速度が増加した。しかし、両者の値が一定値を超えると増殖速度・グルコース消費速度に違いが見られなかったことから、pgi遺伝子は野生型のプロモーターでは必要以上に発現誘導されていることが示唆された。細胞内のグルコース-6-リン酸濃度は解糖系への分岐比が減少するほど増加した一方、下流の解糖系代謝物の濃度は減少したことから、グルコース消費の際、コリネ型細菌はペントースリン酸経路よりも解糖系を主要な代謝経路として利用していると考えられた。また最後に網羅的代謝解析の結果、TCAサイクルのリンゴ酸、フマル酸、コハク酸の濃度は解糖系への分岐比が増加するほど増加した。アミノ酸ではアラニン、バリン、ロイシンの濃度が解糖系への分岐比が増加するほど増加した。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum for hyperproduction of polymer-grade l- and d-lactic acid2019

    • 著者名/発表者名
      Tsuge Yota、Kato Naoto、Yamamoto Shogo、Suda Masako、Jojima Toru、Inui Masayuki
    • 雑誌名

      Applied Microbiology and Biotechnology

      巻: 103 ページ: 3381~3391

    • DOI

      10.1007/s00253-019-09737-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Less biomass and intracellular glutamate in anodic biofilms lead to efficient electricity generation by microbial fuel cells2019

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Daisuke、Sasaki Kengo、Tsuge Yota、Kondo Akihiko
    • 雑誌名

      Biotechnology for Biofuels

      巻: 12 ページ: 72

    • DOI

      10.1186/s13068-019-1414-y

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enhanced production of d-lactate from mixed sugars in Corynebacterium glutamicum by overexpression of glycolytic genes encoding phosphofructokinase and triosephosphate isomerase2019

    • 著者名/発表者名
      Tsuge Yota、Kato Naoto、Yamamoto Shogo、Suda Masako、Inui Masayuki
    • 雑誌名

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      巻: 127 ページ: 288~293

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2018.08.002

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Changes in the microbial consortium during dark hydrogen fermentation in a bioelectrochemical system increases methane production during a two-stage process2018

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Kengo、Sasaki Daisuke、Tsuge Yota、Morita Masahiko、Kondo Akihiko
    • 雑誌名

      Biotechnology for Biofuels

      巻: 11 ページ: 173

    • DOI

      10.1186/s13068-018-1175-z

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum for production of sunscreen shinorine2018

    • 著者名/発表者名
      Tsuge Yota、Kawaguchi Hideo、Yamamoto Shogo、Nishigami Yoshiko、Sota Masahiro、Ogino Chiaki、Kondo Akihiko
    • 雑誌名

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      巻: 82 ページ: 1252~1259

    • DOI

      10.1080/09168451.2018.1452602

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 酸素をスイッチとした二つの樹脂原料の微生物生産2018

    • 著者名/発表者名
      小林俊介、柘植陽太
    • 雑誌名

      アグリバイオ

      巻: 2 ページ: 70~72

  • [雑誌論文] 増えるために食べる~細胞増殖と中央代謝の接合点~2018

    • 著者名/発表者名
      柘植陽太
    • 雑誌名

      生物工学会会誌

      巻: 96 ページ: 272

  • [学会発表] Bidirectional switching of carbon flow between glycolysis and pentose phosphate pathway by oxygen level in Corynebacterium glutamicum2018

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Kobayashi, Katsuki Murai, Hideo Kawaguchi, Kazuaki Ninomiya, Kenji Takahashi, Akihiko Kondo, Yota Tsuge
    • 学会等名
      The 10th International Symposium of Innovative BioProduction Kobe
    • 国際学会
  • [学会発表] Anaerobic glucose consumption is accelerated at above the upper limit of growth temperature in Corynebacterium glutamicum2018

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Mizuno, Koichi Toyoda, Kazuaki Ninomiya, Kenji Takahashi, Masayuki Inui, Yota Tsuge
    • 学会等名
      The 10th International Symposium of Innovative BioProduction Kobe
    • 国際学会
  • [学会発表] コリネ型細菌における増殖至適温度と中央代謝経路の最適温度の違い2018

    • 著者名/発表者名
      水野光、豊田晃一、仁宮一章、 高橋憲司、乾将行、柘植 陽太
    • 学会等名
      第10回北陸合同バイオシンポジウム
  • [学会発表] Anaerobic glucose consumption is accelerated at above the upper limit of growth temperature in Corynebacterium glutamicum.2018

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Mizuno, Koichi Toyoda, Kazuaki Ninomiya, Kenji Takahashi, Masayuki Inui, Yota Tsuge
    • 学会等名
      The 10th International Symposium of Innovative BioProduction Kobe
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      https://sites.google.com/site/ytsugelab/

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公開日: 2021-01-27  

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