2023 Fiscal Year Final Research Report
Adaptive laboratory evolution of Escherichia coli and Corynebacterium glutamicum mutant strains lacking genes encoding respiratory chain enzymes and/or NADH dehydrogenases.
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21K06142
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 43060:System genome science-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
Tomoya Maeda 北海道大学, 農学研究院, 助教 (10754252)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横田 篤 北海道大学, 農学研究院, 教授 (50220554)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 適応的実験室進化 / 酸化的リン酸化 / 中枢代謝 / 呼吸鎖 / NADHデヒドロゲナーゼ / 酸化還元バランス / 大腸菌 / コリネ型細菌 |
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| Outline of Final Research Achievements |
We are aiming to improve the fermentative production efficiency of Escherichia coli and Corynebacterium glutamicum, which are pivotal industrial workhorses. Previous studies have shown that mutant strains lacking genes encoding respiratory chain enzymes and/or NADH dehydrogenases exhibit enhanced glucose metabolism but impaired growth. Additionally, some of these mutant strains were unable to grow on acetate as the sole carbon source. Therefore, in this study, we performed adaptive laboratory evolution on such mutant strains using acetate as the sole carbon source. This approach successfully yielded various evolved strains that demonstrated restored growth in acetate minimal media. In addition, some of the evolved strains showed improved growth rates in glucose minimal media. Furthermore, we elucidated the mechanisms underlying this evolutionary adaptation through whole-genome sequencing and mutational analysis.
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| Free Research Field |
応用微生物学
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
地球環境の保全や化石燃料の枯渇に対処するために、微生物と再生可能なバイオマス資源を用いた有用物質生産の効率化を達成する方法の解明が求められている。こうした背景から、産業上重要な大腸菌やコリネ型細菌における発酵の効率化は学術的にも社会的にも重要である。先行研究により、呼吸鎖やその他NADH酸化系などを不活性化すると、細胞当たりの発酵効率が向上する一方、生育が著しく悪化することが明らかになっていたため、これらの変異株を用いた物質生産は実用化に至らなかった。こうした課題に対し本研究では、こうした変異株の適応的実験室進化を行うことで、中枢代謝が強化された状態で生育を回復させる方法を見出すことができた。
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