• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2023 年度 実施状況報告書

中度好塩性細菌のアミノ酸代謝制御機構の解明とリサイクルバイオ技術への応用

研究課題

研究課題/領域番号 22K12446
研究機関長崎大学

研究代表者

仲山 英樹  長崎大学, 水産・環境科学総合研究科(環境), 教授 (30324982)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード適合溶質 / エクトイン生合成経路 / GABA異化経路 / GABAアミノ基転移酵素 / DABAアミノ基転移酵素 / 浸透圧調節物質 / ハロモナス / 塩ストレス応答
研究実績の概要

2023年度は、ハロモナスのグルタミン酸過剰生産変異株(GOP株)にグルタミン酸脱炭酸酵素を導入したγ-アミノ酪酸(GABA)生産株(GOP-Gad株)のGABA生産効率の向上のため、ハロモナスのGABA異化経路とエクトイン合成経路の関連について解析を行なった。
2022年度まで成果により、GABAを単一炭素・窒素源とした条件下で、GABA異化経路の鍵となるGabTDの欠失によりハロモナスの生育が阻害されたのに対して、GabT単独の欠失では顕著な生育阻害は観察されなかったことから、GabT以外にもGABAアミノ基転移酵素(GABA-AT)活性を有する遺伝子の存在が示唆された。本研究により、エクトイン生合成経路のectB遺伝子がコードする2,4-ジアミノ酪酸DABAアミノ基転移酵素(DABA-AT)がGABA-AT活性を有することが示唆されたため、HAタグと融合したectB-HA遺伝子とgabT-HA遺伝子をシャトルベクターを用いて、GabTの欠失によりGABA生産性が向上したZN3株に導入し、エクトイン生合成系の鍵酵素であるDABA-ATがGABA異性化経路のGABA-ATの活性を有することをハロモナス細胞内で初めて示すことに成功した。
以上の結果により、ハロモナスはエクトイン生合成経路のDABA-ATはアスパラギン酸β-セミアルデヒド(ASA)からDABAを生合成するのと同時に、GABAからコハク酸セミアルデヒド(SSA)を生合成するGABA-AT活性を有することから、GABAを単一炭素・窒素源とした条件下では、GABA異化経路とエクトイン生合成経路が協調的に作用して高効率にGABAからエクトインの生合成が促進されることが示唆された。特に塩ストレス応答初期に、ハロモナスのGABA異化経路を活性化することでエクトインの生合成系も協調的に活性化される点が興味深い。

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

エクトイン非生産株を比較対象とすることにより、ハロモナスにおいて、グルタミン酸系あるいはアスパラギン酸系のアミノ酸類を主要な浸透圧調節物質として生産できることを明らかにすることができた。
特に、GABAの異化経路とエクトイン生合成経路が初期の塩ストレス応答時に協調的に機能する新たな機構を見出すことができた。
さらに、エクトイン以外のアミノ酸類の生産に協調的に働いている因子を特定することにより、ハロモナス細胞内でのアミノ酸代謝制御機構の一端を解明できることが期待される。

今後の研究の推進方策

今後は、本研究で開発したGABA生産ハロモナス細胞工場を用いて、廃棄バイオマスからのGABA生産が可能であるか検証する試験を行う。また、GABAの生産性向上並びにGABA以外のアミノ酸類をエクトインの代わりに生合成して浸透圧調節物質として高濃度蓄積するハロモナス細胞工場の開発を継続して行う。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Metabolic engineering of high-salinity-induced biosynthesis of γ-aminobutyric acid improves salt-stress tolerance in a glutamic acid-overproducing mutant of an ectoine-deficient <i>Halomonas elongata</i>2024

    • 著者名/発表者名
      Zou Ziyan、Kaothien-Nakayama Pulla、Ogawa-Iwamura Junpei、Nakayama Hideki
    • 雑誌名

      Applied and Environmental Microbiology

      巻: 90 ページ: e0190523.

    • DOI

      10.1128/aem.01905-23

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Enrichment of halotolerant hydrogen-oxidizing bacteria and production of high-value-added chemical hydroxyectoine using a hybrid biological-inorganic system2023

    • 著者名/発表者名
      Feng Xiang、Kazama Daichi、He Sijia、Nakayama Hideki、Hayashi Takeshi、Tokunaga Tomochika、Sato Kozo、Kobayashi Hajime
    • 雑誌名

      Frontiers in Microbiology

      巻: 14 ページ: 1254451

    • DOI

      10.3389/fmicb.2023.1254451

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 好塩性細菌ハロモナスのエクトイン非生株におけるアスパラギン酸系アミノ酸代謝経路の改変による耐塩性の向上2023

    • 著者名/発表者名
      JOO Yunheui, 仲山 英樹
    • 学会等名
      第75回日本生物工学会大会(2023)
  • [学会発表] High-salinity induced overproduction of L-proline improves salt-stress tolerance of engineered ectoine deficient Halomonas elongata2023

    • 著者名/発表者名
      Khanh Huynh Cong, Hideki Nakayama
    • 学会等名
      第75回日本生物工学会大会(2023)
  • [学会発表] Improved production of GABA by engineered Halomonas elongata GOP-Gad strain cell factory from waste biomass2023

    • 著者名/発表者名
      Ziyan Zou, Hideki Nakayama
    • 学会等名
      第75回日本生物工学会大会(2023)
  • [備考] Nakayama H Lab Home Page

    • URL

      https://nakayamalab.com

URL: 

公開日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi