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本研究では、高機能性ポリマーの原料として利用価値の高い基幹Ｃ４化合物を、グルコース等のバイオマス資源から効率的に発酵生産するプロセスの構築を目指している。そのために設計した基幹Ｃ４化合物生合成経路を付与構築した遺伝子組換え微生物を分子育種するとともに、構造生物学的・進化分子工学的手法を用いた生合成経路内酵素群の最適化、発酵生産条件の検討、宿主菌株の改良等を進めている。
（１）基幹Ｃ４化合物生産のために設計した生合成経路の中で鍵となる反応を触媒するNADH要求型アルデヒド脱水素酵素に関して、ランダム変異処理を行ったアルデヒド脱水素酵素遺伝子についてさらなるスクリーニングを行った結果、高活性型の変異アルデヒド脱水素酵素活性を示すいくつかの有望株が見出され、有意な活性上昇が認められた変異酵素を得ることができた。選別した酵素を親酵素として進化分子工学的手法やタンパク質工学的手法を用いた改良を繰り返し行い、高機能型酵素の創出へ向けた検討を進めた。
（２）基幹Ｃ４化合物生合成経路上の酵素について、大腸菌内での異種発現効率を高め酵素活性を強めるために、各酵素遺伝子の宿主菌株への導入方法やプロモーターの検討を行い、基幹Ｃ４化合物生合成経路の最適化を行った。
（３）宿主菌として想定している大腸菌において、基幹Ｃ４化合物中間生成の分解・代謝に関わる酵素遺伝子等の破壊を組み合わせて検討するとともに、これらへの基幹Ｃ４化合物生合成経路の導入を行った。
（４）基幹Ｃ４化合物生合成経路を付与した組換え大腸菌株を用いて、基幹Ｃ４化合物生産量改善にむけた培養条件の検討を行った。培養温度、pH等の培養条件に関する検討を行うとともに、菌体内の酸化還元バランスの調節するために、特に酸素供給量とその他の培養条件を組み合わせて検討し、基幹Ｃ４化合物の生産性を向上させる培養条件の検討を行った。
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