Development of a novel technology to regulate branched metabolic pathway by three wavelength light for efficient chemical production in cyanobacteria

开发一种通过三波长光调节分支代谢途径的新技术，以实现蓝藻高效化学生产

基本信息

批准号：
19J13822
负责人：
小林俊一
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

二酸化炭素を資化できる藍藻は、バイオアルコールをはじめとする有用化合物生産における理想的な宿主であるが、産業応用に向けては生産量の向上が必要である。目的化合物の生産量が低下する原因として、代謝系が分岐することによる競合が挙げられる。そこで本研究では、藍藻における代謝分岐を3波長の光を用いて制御することで、バイオアルコール生産量の向上を試みた。モデル藍藻であるSynechocystis sp. PCC 6803を宿主とし、緑色光/赤色光で遺伝子発現のON/OFFが制御可能な光センシングシステムを応用することで、バイオアルコールの生産を光で制御することに成功した。非誘導条件ではバイオアルコールはほとんど生産されなかったのに対し、誘導条件では生産量が増大し、5日間の培養で最大313 mg/Lのバイオアルコール生産を達成した。次に、バイオアルコール生産における代謝分岐点となるピルビン酸代謝経路を同光センシングシステムによって制御した結果、菌体の生育を抑制しつつ、バイオアルコール生産量を向上させることに成功した。さらに、バイオアルコール生産に関わる代謝関連酵素の改変により、大腸菌において青色光に応答して活性化される変異体の構築を行った。具体的には、スプリット化した代謝関連酵素と、青色光に応答して会合する光センサタンパク質を遺伝子工学的に融合した。大腸菌に導入し発現させた結果、青色光に応答したバイオアルコールの生産を確認した。以上より、3波長の光を利用した代謝制御に向けた研究基盤が整備されたと考えられた。今後これらの技術の組み合わせにより、バイオアルコール生産量のさらなる向上が達成できると期待される。

蓝绿藻可以吸收二氧化碳，是生产生物醇和其他有用化合物的理想宿主，但工业应用的产量需要增加。目标化合物产量减少的原因之一是代谢系统分支导致的竞争。因此，在这项研究中，我们尝试通过使用三种波长的光控制蓝绿藻的代谢分支来提高生物酒精的产量。使用模型蓝藻集胞藻 PCC 6803 作为宿主，我们成功地通过应用可以使用绿/红光控制基因表达开/关的光传感系统来控制生物酒精的产生。在非诱导条件下几乎不产生生物醇，而在诱导条件下产量增加，在培养5天内实现了高达313mg/L的生物醇产量。接下来，通过使用相同的光学传感系统控制丙酮酸代谢途径（生物酒精生产的代谢分支点），他们成功地增加了生物酒精的产量，同时抑制了细菌的生长。此外，通过修改参与生物酒精生产的代谢酶，我们构建了响应蓝光而被激活的大肠杆菌突变体。具体来说，他们利用基因工程将分裂的代谢相关酶与响应蓝光而结合的光传感器蛋白融合。当引入大肠杆菌并表达时，证实了响应蓝光而产生生物醇。基于上述，认为使用三种波长的光进行代谢控制的研究基础设施已经建立。预计未来通过结合这些技术将进一步改进生物醇生产。

项目成果

期刊论文数量（8）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

代謝関連遺伝子の光誘導発現によるシアノバクテリアを用いた有用化合物の高生産

通过光诱导代谢相关基因的表达，利用蓝细菌大量生产有用的化合物

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
小林俊一;渥美正太;池袋一典;浅野竜太郎
通讯作者：
浅野竜太郎

Universidade do Porto(ポルトガル)

波尔图大学（葡萄牙）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Application of an engineered chromatic acclimation sensor for red-light-regulated gene expression in cyanobacteria

DOI：
10.1016/j.algal.2019.101691
发表时间：
2019-12-01
期刊：
ALGAL RESEARCH-BIOMASS BIOFUELS AND BIOPRODUCTS
影响因子：
5.1
作者：
Kobayashi, Shunichi;Nakajima, Mitsuharu;Sode, Koji
通讯作者：
Sode, Koji

University of California Davis/The University of North Carolina(米国)

加州大学戴维斯分校/北卡罗来纳大学（美国）

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

光センサタンパク質を応用した代謝制御によるシアノバクテリアにおける有用化合物の高生産

通过使用光学传感器蛋白的代谢控制，在蓝藻中大量生产有用的化合物

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
小林俊一;渥美正太;池袋一典;浅野竜太郎
通讯作者：
浅野竜太郎

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小林俊一其他文献

RIGID PLASTIC FINITE ELEMENT METHOD USING MODIFIED CAM-CLAY MODEL

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DOI：
10.2208/jscejam.73.i_333
发表时间：
2017
期刊：
Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A2 (Applied Mechanics (AM))
影响因子：
0
作者：
山栗祐樹;小林俊一;西藤潤;松本樹典;山栗祐樹，小林俊一，西藤潤，松本樹典
通讯作者：
山栗祐樹，小林俊一，西藤潤，松本樹典

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DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
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通讯作者：
山栗祐樹

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DOI：
发表时间：
2017
期刊：
影响因子：
0
作者：
山栗祐樹;小林俊一;西藤潤;松本樹典;山栗祐樹，小林俊一，西藤潤，松本樹典;坂上瑛梨佳;下野慎也;山栗祐樹;山崎健太郎;小林俊一;山栗祐樹;山栗祐樹;S. Kobayashi;西藤潤;山栗祐樹・武村洸希・小林俊一・西藤潤・松本樹典;中川翔太・木藤静香・松本樹典・小林俊一・下野慎也;木藤静香・中川翔太・松本樹典・小林俊一・下野慎也;牧秀和・小林俊一・野口航平・山栗祐樹・松本樹典;山栗祐樹・武村洸希・小林俊一・松本樹典;山栗祐樹・武村洸希・小林俊一・西藤潤・松本樹典;山栗祐樹・小林俊一・松本樹典・西藤潤;高井凌・田中大二朗・西行和・大谷達彦・松本樹典・小林俊一・下野慎也
通讯作者：
高井凌・田中大二朗・西行和・大谷達彦・松本樹典・小林俊一・下野慎也