| 研究課題/領域番号 |
18K05554
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| 研究機関 | 神戸大学 |
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研究代表者 |
猪熊 健太郎 神戸大学, 科学技術イノベーション研究科, 部局研究員 (90532606)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | キチン / N-アセチルグルコサミン / 酵母 / 細胞表層工学 / 動的代謝プロファイリング |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、甲殻類の殻廃棄物などの未利用キチン系バイオマスの利用促進を目指し、キチンの構成単糖であるN-アセチルグルコサミン（GlcNAc）を炭素源および窒素源として利用可能な酵母Scheffersomyces stipitisのGlcNAc代謝経路の解明、代謝改変による有用化合物生産株の構築、キチン分解能力の付与などを行い、キチンからの同時糖化発酵法による有用物質生産プロセスの開発を試みる。
今年度は、主ににS. stipitisのGlcNAc代謝経路の解析に取り組み、まず、GlcNAcを炭素源とした場合とグルコース・キシロースを炭素源とした場合におけるS. stipitisの細胞内代謝物の蓄積状況を質量分析装置を用いて網羅的に解析した。その結果、GlcNAcを炭素源として生育した細胞では、グルコース・キシロースを炭素源として生育した細胞に比べて、芳香族アミノ酸、分岐鎖アミノ酸、含硫アミノ酸、プリン、ピリミジンなど、幅広い種類の窒素含有代謝物の蓄積量が顕著に増大している事が明らかとなり、これらの化合物を前駆体とする物質の発酵生産を行う上で、GlcNAcが有利な基質である可能性が示唆された。また、窒素原子が安定同位体（15N）に置換されたGlcNAcを用いて、GlcNAc由来の窒素の代謝フローを追跡する「動的代謝プロファイリング」も進めており、これまでほとんど知見が無かった「窒素源としてのGlcNAc」の代謝特性についても、有益な情報が得られつつある。さらに、S. stipitisにキチン分解能力を付与するため、微生物細胞の表層に酵素などの機能性タンパク質を固定・集積する「細胞表層工学技術」の開発にも取り組み、S. stipitisの細胞表層に酵素を安定的に提示する技術を確立することに成功した。
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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
当初計画において初年度に完了する予定であった酵母S. stipitisの GlcNAc代謝経路の解析と、その解析結果に基づく代謝改変戦略の導出については、動的代謝プロファイリングに用いる質量分析装置の予期せぬ不具合のために一部の代謝物質（負電荷代謝物質）の分析を実施できておらず、計画にやや遅れが生じている。一方で、S. stipitisにキチン分解能力を付与するための細胞表層工学技術の開発（当初計画では次年度以降に実施予定）については、当初の計画を大幅に前倒しする形で進展しており、本研究課題全体としての進捗状況はおおむね順調である。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度に完了できなかった酵母S. stipitisの動的代謝プロファイリングを速やかに完了させ、その解析結果に基いてキチンから生産する標的化合物の候補を選定する。そして、それらの化合物を効率よく生産させるための人工代謝経路の設計と、S. stipitisへ導入を進める。人工代謝経路の導入に成功した株については、GlcNAcを基質とした標的化合物の発酵生産能力の評価と、その発酵条件の最適化を行う。さらに、初年度に確立した細胞表層工学技術を用いてキチン分解能力を付与された株を構築し、リン酸膨潤キチン（コロイダルキチン）を基質とした分解能力の評価を実施する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究に使用する試薬、プラスチック器具類などの消耗品の一部を他予算で賄う事が出来たことと、代謝解析に用いる同位体標識GlcNAcを13C,15N-GlcNAcから15N-GlcNAcに変更したことなどにより、次年度使用額が生じた。この次年度使用額は、本研究で使用する質量分析装置の不具合の原因となっている真空ポンプのオーバーホール費用として使用する予定である。また平成31年度分として請求した助成金については、キチンから有用化合物を発酵生産する酵母の分子生物学的育種のための遺伝子人工合成サービス利用費、およびその酵母を用いたキチンの糖化・発酵試験のための消耗品費として使用する予定である。
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