Metabolic engineering of white rot fungus for direct alcohol fermentation from lignin

白腐菌木质素直接发酵酒精的代谢工程

基本信息

批准号：
17F17404
负责人：
山浦紘一
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Ritsumeikan Asia Pacific University (2020)Tokyo University of Agriculture and Technology (2017-2019)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-11-10 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17F17404/
关键词：
リグニン白色腐朽菌エタノール代謝工学担子菌

项目摘要

本研究は、担子菌の代謝工学的改質により、リグニンを初発原料としてピルビン酸を経由したエタノール発酵を可能にする担子菌を創出することにあります。初年度はリグニンモデル化合物を利用したバニリン酸や安息香酸の代謝経路に関する詳細な知見を得るため、その第一段階としてバニリン酸や安息香酸を炭素源とした培地で生育できるかどうかについての調査を実施しました。その際、同位体ラベルしたモデル化合物は高価であることから、まずは非ラベル性のバニリン酸および安息香酸を用いて生育実験を実施しました。本課題の主要な白色腐朽菌であるヒラタケを含む複数の担子菌を用いて生育実験を実施しましたが、いずれの菌においても明確な生育が観察されたことから、使用した担子菌類はいずれもバニリン酸や安息香酸を代謝できる可能性が示唆されました。また、実際にリグニンを初発原料とした変換系を考えた場合には、高分子リグニンモデル化合物が必要であることから、合成リグニンとしてDHPリグニンの調整を試み、効率的にDHPリグニンを合成することが可能となりました。一方、代謝工学的な改質を目指した取り組みに関しては、複数の担子菌について組換え系の構築を行い、担子菌に遺伝子を導入する系を確立することに成功しました。産休による中断期間を挟み、コンピュータを用いた生物学の統計学的分析手法であるバイオインフォマティクス解析により特化するため受け入れ教員を変更しました。ここでは、白色腐朽菌のリグニン代謝機構の解明に向けた網羅的遺伝子発現解析をR Studioを用い、バイオインフォマティクス解析を実施しました。研究最終年度は2020年4月－7月であり、多くの時間をこれまでの研究成果の論文としてまとめる時間に費やしました。白色腐朽菌のリグニン代謝機構の解明に向けた網羅的遺伝子発現解析による知見をまとめ現在学術誌に投稿しています。

这项研究重点是创建基型菌丝，从而使乙醇通过木酮通过木质素作为初始来源通过代谢工程的基础来改造乙醇发酵。在第一年，为了获得有关使用木质素模型化合物的香草酸和苯甲酸代谢途径的详细知识，我们对它是否可以在含有香草酸和苯甲酸作为碳源的培养基中生长进行了调查。目前，由于同位素标记的模型化合物很昂贵，因此首先使用未标记的香草酸和苯甲酸进行生长实验。使用多个基本菌（包括该受试者的主要白腐真菌）进行了生长实验，但在所有细菌中都观察到了明显的生长，这表明所有使用的基本菌菌都可以代谢香草酸和苯甲酸。此外，当考虑使用木质素作为原材料的转化系统时，需要一种聚合物木质素模型化合物，并且尝试将DHP木质素试图调整DHP木质素为合成木质素，从而有效地合成DHP木质素。另一方面，关于旨在代谢工程改革的努力，我们成功地建立了一个系统，该系统通过为多种基础菌的重组系统构建重组系统，将基因引入基础菌。随着产假引起的一段时间中断，更改了接受教师的数量，专门研究生物信息学分析，这是一种使用计算机生物学的统计分析方法。在这里，我们使用R Studio进行了广泛的基因表达分析，以阐明白腐菌中木质素代谢的机理。研究的最后一年是2020年4月至7月，我花了很多时间在以前的研究结果上编写论文。我们从旨在阐明白色腐烂细菌中木质素代谢的机制的综合基因表达分析中编辑了发现，目前正在将其发布在学术期刊中。