How fast can E. coli grow? - Investigating the efficiency limit of a proliferation system

大肠杆菌的生长速度有多快？

基本信息

批准号：
20K20301
负责人：
北原圭
金额：
$ 12.65万
依托单位：
Okayama University (2020)Hokkaido University (2017-2019)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-06-30 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

代表者は、生物システムを非生物システムから区別する性質である「自己増殖能」を効率性の観点から徹底的に理解することを試みるために本研究を実施している。特に、生命（＝増殖）システムの本質を理解するためには、その化学的な最大効率を明らかにする必要があると考えた。究極的には２分とか３分とかで倍加するような生物を開発することを目指す研究を通じ、「最も生物らしいひとつのシステム」がどのように構築し得るのかについてアプローチしたいと考えている。今年度は昨年度に続き、申請書記載の研究計画を実施するとともに、異なる観点の研究項目も実施した。まず、自然界から増殖速度が大きい（倍加時間が短い）バクテリアを探索する技術を完成させ、複数の高速増殖（分離）株を入手することに成功した。これらの株の内いくつかについて、次世代シーケンサーを用いたゲノム解析を行った。ゲノムの大きさ（長さ）は増殖速度とは相関せず、因子Xと名付けた別の因子が増殖速度の高速化に寄与していることが推測された。今後の研究では、この仮説を検証するための研究を展開したいと考えている。また、本研究では大腸菌の増殖速度を最大限に高めることができる培養条件を既に構築しているが、こちらについても更なる条件検討を行うことにより効率的に大腸菌を増殖させる条件が明らかになってきた。また、培地添加物として培地中に導入すると効果的であるいくつかの成分を特定することができ、それらの添加量も最適化した。なお、バクテリアの増殖に対する律速となるのは、タンパク質合成装置リボソームの主成分であるリボソームRNA (rRNA)の数であることが古くから指摘されている。高速培養条件、あるいは高速増殖株で翻訳系にどのような変化が起きるのかについても併せて検討していく予定である。

代表们正在进行这项研究，试图从效率的角度彻底理解生命系统与非生物系统的区别属性“自我复制能力”。特别是，为了理解生命（=增殖）系统的本质，我认为有必要阐明它们的最大化学效率。通过最终目标是开发出能在两三分钟内体积增加一倍的生物体的研究，我想探讨如何构建“一个与生物最相似的系统”。今年，我们继去年之后，继续落实申请表中提出的研究计划，以及不同角度的研究项目。首先，他们完成了在自然界寻找高生长速率（倍增时间短）细菌的技术，并成功获得了多个快速生长（分离）的菌株。使用下一代测序仪对其中一些菌株进行基因组分析。基因组大小（长度）与增殖率不相关，推测另一个因素，称为 X 因子，有助于更快的增殖率。在未来的研究中，我们希望开展研究来验证这一假设。此外，在这项研究中，我们已经建立了可以最大限度地提高大肠杆菌生长速度的培养条件，但通过进一步研究这些条件，我们将能够阐明让大肠杆菌高效生长的条件。。此外，我们还确定了几种作为培养基添加剂引入培养基时有效的成分，并优化了它们的添加量。长期以来，人们就指出细菌生长的限速因素是核糖体RNA（rRNA）的数量，rRNA是核糖体这一蛋白质合成装置的主要成分。我们还计划研究翻译系统在高速培养条件或快速生长的菌株下会发生什么变化。

项目成果

期刊论文数量（3）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Complete Genome Sequence of Staphylococcus arlettae Strain P2, Isolated from a Laboratory Environment

DOI：
10.1128/mra.00696-19
发表时间：
2019-11-01
期刊：
MICROBIOLOGY RESOURCE ANNOUNCEMENTS
影响因子：
0.8
作者：
Yu, Hiroki;Taniguchi, Makoto;Kitahara, Kei
通讯作者：
Kitahara, Kei

Complete Genome Sequence of Vibrio rotiferianus Strain AM7

DOI：
10.1128/mra.01591-19
发表时间：
2020-05
期刊：
Microbiology Resource Announcements
影响因子：
0.8
作者：
K. Miyazaki;Apirak Wiseschart;K. Pootanakit;Kei Kitahara
通讯作者：
K. Miyazaki;Apirak Wiseschart;K. Pootanakit;Kei Kitahara

What cultivation medium supports the fastest growth of Escherichia coli?

什么培养基支持大肠杆菌生长最快？

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Yu Hiroki;Taniguchi Makoto;Uesaka Kazuma;Wiseschart Apirak;Pootanakit Kusol;Nishitani Yudai;Murakami Yota;Ishimori Koichiro;Miyazaki Kentaro;Kitahara Kei;Kei Kitahara
通讯作者：
Kei Kitahara