バイオリファイナリーのための共生クロレラのマルトース分泌メカニズムの解明

2015 年度 実績報告書

• 研究領域: マトリョーシカ型進化原理
• 研究課題/領域番号: 26117716
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 藍川 晋平 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (40567252)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 微細藻 / バイオテクノロジー / 共生藻 / 応用微生物

研究実績の概要

近年，原油の枯渇により，穀物から微生物による発酵プロセスで液体燃料や汎用化成品原料を生産するバイオリファイナリーの構築が進められている．しかし，この穀物の利用は食糧生産と競合するため，食糧価格高騰の問題を抱えている．研究代表者は繊毛虫と共生し，マルトースを細胞外に分泌する共生クロレラに注目した．共生クロレラにマルトースを高分泌させ，同時に微生物が発酵生産する事ができれば，前処理不要の生産プロセスを構築できる．しかし，共生クロレラのマルトース生産能は充分に評価されていない．そこで本研究では共生クロレラが分泌するマルトースをバイオリファイナリーの糖質源として利用するために，マルトース分泌機構の解明を通して，共生クロレラのマルトース生産能を評価する.
平成27年度は，前年度に開発した培養システムを用いて，培養条件が共生クロレラのマルトース分泌能に及ぼす影響を調べた．その結果，二酸化炭素濃度を1%まで増加させることで，培養上清中のマルトース濃度を40 mg/Lに増加させることができた．そして，濃縮した培養上清から酵母によるエタノール発酵を行った結果，理論収率の20%で0.2 g/Lのエタノールを生産する事に成功した．共生クロレラが生産したマルトースを利用し，発酵プロセスを構築可能であることがわかった．さらに異なる二酸化炭素濃度条件での共生クロレラの細胞内代謝物の網羅的な解析を行ったところ，デンプン合成経路の代謝物が蓄積していることが明らかになった．デンプン合成能の強化によって，更に共生クロレラのマルトース生産能を強化できると考えられる．

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Improving polyglucan production in cyanobacteria and microalgae via cultivation design and metabolic engineering. (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Aikawa, S.-H. Ho, Nakanishi, J.-S. Chang, T. Hasunuma, A. Kondo.
  • 雑誌名: Biotechnology Journal 巻: 10 ページ: 886-898
  • DOI: 10.1002/biot.201400344
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Light adaptation of the unicellular red alga, Cyanidioschyzon merolae, probed by time-resolved fluorescence spectroscopy. (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Ueno, S. Aikawa, A. Kondo, S. Akimoto.
  • 雑誌名: Photosynthesis Research 巻: 125 ページ: 211-218
  • DOI: DOI: 10.1007/s11120-015-0078-0, 2015.1.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy transfer in Anabaena variabilis filaments under nitrogen depletion, studied by time-resolved fluorescence (2015)
  • 著者名/発表者名: A. Onishi, S. Aikawa, A. Kondo, S. Akimoto.
  • 雑誌名: Photsynth. Research 巻: 125 ページ: 191-199
  • DOI: 10.1007/s11120-015-0089-x, 2015.1.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differences in energy transfer of a cyanobacterium, Synechococcus sp. PCC 7002, grown in different cultivation media (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Niki, S. Aikawa, M. Yokono, A. Kondo, S. Akimoto.
  • 雑誌名: Photsynth. Research 巻: 125 ページ: 201-210
  • DOI: 10.1007/s11120-015-0079-z, 2015.1.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Changes in lignin and polysaccharide components in 13 cultivars of rice straw following dilute acid pretreatment as studied by solution-state 2D 1H-13C NMR (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Teramura, K. Sasaki, T. Oshima, S. Aikawa, F. Matsuda, M. Okamoto, T. Shirai, H. Kawaguchi, C. Ogino, M. Yamasaki, J. Kikuchi, A. Kondo.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 10 ページ: e0128417
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0128417
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A pilot-scale floating closed culture system for the multicellular cyanobacterium Arthrospira platensis NIES-39. (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Toyoshima, S. Aikawa, T. Yamagishi, A. Kondo, H. Kawai.
  • 雑誌名: Journal of Applied Phycology 巻: 27 ページ: 2191-2202
  • DOI: 10.1007/s10811-014-0484-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction of a Genome-Scale Metabolic Model of Arthrospira platensis NIES-39 and Metabolic Design for Cyanobacterial Bioproduction. (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Yoshikawa, S. Aikawa, Y. Kojima, Y. Toya, C. Furusawa, A. Kondo, H. Shimizu
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 10 ページ: e0144430
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0144430
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Direct and high-productive conversion from a cyanobacterium Arthrospira platensis to ethanol (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Aikawa, K. Inokuma, H. Tomohisa, A. Kondo
  • 学会等名: Metabolic Engineering 11
  • 発表場所: Awaji Yumebutai International Conference Center (Awaji, Hyogo, Japan)
  • 年月日: 2016-06-26 – 2016-06-30
  • 国際学会
• [学会発表] Development of bioprocess using symbiotic algae producing maltose (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Aikawa
  • 学会等名: 2nd International Symposium on Matryoshka-type Evolution on Eukaryotic Cells
  • 発表場所: University Hall of University of Tsukuba (Tsukuba, Ibaraki, Japan)
  • 年月日: 2015-09-30 – 2015-10-02
  • 国際学会 / 招待講演