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本研究課題では、炭素のキャリアであるコエンザイムA（CoA）の細胞内濃度を調節し、炭素鎖供給源であるアセチル-CoAを増産させ、有用物質生産に応用できる大腸菌（Escherichia coli）の分子育種を実施した。CoA生合成経路は初発反応を触媒するパントテン酸キナーゼ（CoaA）が鍵酵素となっている。
まず初めに、真正細菌に存在する3種のCoaA遺伝子を用いて、E. coliでのCoA増産菌の分子育種を検討した。その結果、Pseudomonas putida由来原核Ⅲ型CoaAが細胞内CoAプールの増大には最も効果的で、CoAプールサイズを3～5倍にすることを明らかにした。しかし、本成果を達成するためには、CoA生合成経路の出発物質であるパントテン酸のmMオーダーでの培地中への添加が必須であった。
次いで、本問題を解決するために、パントテン酸供給経路について解析した結果、パントテン酸の前駆体物質であるβ-アラニンの供給、β-アラニン存在下ではパント酸の添加も有効であることを明らかにした。平成27年度はこれらの結果を受けて、アスパラギン酸からβ-アラニンを生成するアスパラギン酸-α-デカルボキシラーゼ（PanD）遺伝子およびパント酸生成に関与するケトパント酸 ヒドロキシメチルトランスフェラーゼ（PanB）遺伝子をCoaA遺伝子と共にE. coliに形質転換し、de novo合成でCoAを増産するE. coliの分子育種を中心に解析した。その結果、PanDおよびPanB遺伝子を同時に保持する形質転換体では、5ｍMパントテン酸添加時の82%までCoAプールサイズを増大することができた。
また、前記結果はプラスミドを用いて解析した結果であるが、E. coliのゲノムDNAにCoaA遺伝子を導入した組換え菌、脂肪酸増産を目標としたアセチル-CoAカルボキシラーゼによるマロニル-CoA生産菌の分子育種にも着手しており、今後、細胞内でのCoA増産、すなわち炭素代謝の活性化が有用物質生産に有効な手段となることを提示したいと考えている。
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