| 研究課題/領域番号 |
21K12341
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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 – 2024-03-31
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| キーワード | Clostridium perfringens / ウェルシュ菌 / 水素 / 代謝工学 / ゲノム編集 / バイオマス |
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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細菌の一種である。旺盛な有機物分解能を有し、グルコース 1 molあたり2.5 molの水素を生産する。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る。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。
今年度は、水素生産量の増大を目指して、NADHの再酸化に関する遺伝子の欠失（ldhL、ldhD、atoB、adhE及びhbd）及び還元型フェレドキシンを増加させる遺伝子（nifJ）の過剰発現が水素生産に及ぼす影響を調べた。グルコース含有培地を用いた場合、atoB欠失株やhbd欠失株のガス生産量は、親株であるC. perfringens 13株と比較して大幅に低下した。nifJの過剰発現株では、生育及びガス生産量に変化はなかった。一方、ldhL欠失株やldhLを含む多重欠失株は水素産生量が増加し、ldhL、ldhD、adhEの三重欠失株が最も高い水素産生量を示した。
また、グリセロール含有培地でC. perfringens 13株を培養した場合、同重量のグルコースを含有する培地と比較して、到達菌体濃度が約半分になり、水素生産量は11%と大きく減少した。培地中には、グルコース含有培地ではほとんど生産されない1,3-プロパンジオールが0.44%含まれていたことから、1,3-プロパンジオール合成系の初発酵素をコードする遺伝子（pduCDE）の欠失株を構築してグリセロール含有培地での増殖と水素生産量を調べた。その結果、グルコース含有培地と同等の到達菌体濃度と水素生産量を示すことを明らかにした。
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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。
2021年度は、グリセロール代謝系を明らかにするためのglpA欠失が完了していないが、グルコース代謝に続く発酵系のほぼすべての遺伝子について、単一欠失株を構築し（一部については、二重、三重及び四重欠失株を構築済み）、水素生産に及ぼす影響を明らかにした。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 |
グルコース代謝に続く発酵系の遺伝子について、水素生産量が最大になる遺伝子欠失の組合せを明らかにする。また、当初計画どおり、ウェルシュ菌で高発現するセルラーゼ／ヘミセルラーゼやリパーゼの選別と非資化性糖の代謝経路を構成する遺伝子群の遺伝子補充を行い、代謝系の付与を試みる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
ガスクロマトグラフィーによる代謝産物の定量でサポートを受けられる予定だったが、新型コロナウイルスの影響により今年度は断念した。そのため、当初計画の順番を入れかえ、2022年度に計画していた各種セルラーゼ遺伝子の発現系を構築し、一部発現に成功している。そのため、「次年度使用額（B-A）」が生じた。
2022年度には、当初2021年度の計画していた研究を続行するため、使用計画に大きな変更はない。
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