廃棄物を水素に～代謝工学的ゲノム改変による高度水素生産菌の構築～

将废物转化为氢气 ~ 通过代谢工程基因组修饰构建先进的产氢细菌 ~

基本信息

批准号：
21K12341
负责人：
宮田茂
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Chubu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ウェルシュ菌は嫌気要求度の低い偏性嫌気性菌で、現在知られている細菌のなかで最も速い増殖速度を示す水素生産菌の一種である。本研究では、ゲノム編集によりウェルシュ菌染色体を改変し、水素生産に関わる代謝系を構成する遺伝子の欠失及び挿入により水素生産性の向上を試みた。加えて、廃棄物系バイオマスからの水素生産も目指している。昨年度、グルコース含有培地を用いた場合、ldhL、ldhD、adhEの三重欠失株が最も高い水素産生量を示すことを明らかにした。また、グリセロール含有培地では、pduCDEの欠失により、増殖がグルコース含有培地なみに改善し、水素生産量が大幅に向上することを明らかにした。今年度は、グルコース含有培地でもグリセロール含有培地でも、効率よく増殖し、高い水素生産性を示す株の構築を目指して、上記4遺伝子を欠失させた多重欠失株を構築した。その結果、グルコース含有培地では親株と比較して増殖に大きな差はみられなかったが、予想に反してグリセロール含有培地では大きく増殖が抑制された。ガスクロマトグラフィーを用いて、代謝産物を調べた結果、pduCDE単独欠失株では、グリセロールからエタノールに代謝される割合が多かったが、四重欠失株では、酪酸に代謝される割合が多かった。そのため、酪酸合成の初発酵素遺伝子であるatoBを欠失させ、理論上、水素生産に有利な酢酸合成に代謝を変化させようと試みたが、グリセロール含有培地でもグルコース含有培地でも増殖が抑制された。アセチルCoAから酢酸に代謝する酵素の反応速度が遅いか何らかの制御機構の存在が示唆された。他のClostridium属の酢酸合成遺伝子を高発現させるために、ウェルシュ菌で機能する構成的発現系の構築に成功した。

产气荚膜梭菌是一种厌氧要求低的专性厌氧菌，是目前已知细菌中生长速度最快的产氢菌。在这项研究中，我们通过基因组编辑修改了产气荚膜梭菌染色体，并试图通过删除和插入构成参与产氢的代谢系统的基因来提高产氢能力。此外，该公司的目标是利用废弃生物质生产氢气。去年，我们发现 ldhL、ldhD 和 adhE 三重缺失菌株在使用含葡萄糖培养基时显示出最高的产氢量。此外，在含甘油的培养基中，pduCDE的缺失将生长提高至与含葡萄糖培养基中相同的水平，并显着增加了氢气的产生。今年，我们构建了一个多重缺失菌株，其中上述四个基因被删除，目的是构建一个在含葡萄糖和甘油的培养基中都能高效生长并表现出高产氢能力的菌株。结果，与亲本菌株相比，在含葡萄糖的培养基中没有观察到生长的显着差异，但与预期相反，在含甘油的培养基中生长被显着抑制。使用气相色谱检查代谢物的结果发现，在pduCDE单缺失菌株中，高比例的甘油被代谢为乙醇，但在四重缺失菌株中，高比例被代谢为丁酸盐。因此，我们尝试删除丁酸合成的初始酶基因atoB，并将代谢改变为乙酸合成，这在理论上有利于产氢，但在含甘油和含葡萄糖的培养基中生长均受到抑制。这表明将乙酰辅酶A代谢为乙酸的酶的反应速率很慢，或者存在某种控制机制。为了高效表达其他醋酸梭菌合成基因，我们成功构建了在产气荚膜梭菌中发挥作用的组成型表达系统。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

ウェルシュ菌のグリセロール代謝能の改善

产气荚膜梭菌甘油代谢能力的提高

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
野寺菜美子;宮田茂;宮城侑弥，川畑博暉，森山龍一，宮田茂;佐藤悠一朗，加藤実希，矢野智奈美，宮田茂;宮城侑弥，川畑博暉，森山龍一，宮田茂;佐藤悠一朗，加藤実希，矢野智奈美，成谷宏文，宮田茂;宮田茂;佐藤悠一朗，加藤実希，矢野智奈美，宮田茂
通讯作者：
佐藤悠一朗，加藤実希，矢野智奈美，宮田茂

Improved hydrogen production from glycerol by metabolically engineered Clostridium perfringens.

通过代谢工程产气荚膜梭菌提高甘油的产氢能力。

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
野寺菜美子;宮田茂;宮城侑弥，川畑博暉，森山龍一，宮田茂;佐藤悠一朗，加藤実希，矢野智奈美，宮田茂;宮城侑弥，川畑博暉，森山龍一，宮田茂;佐藤悠一朗，加藤実希，矢野智奈美，成谷宏文，宮田茂
通讯作者：
佐藤悠一朗，加藤実希，矢野智奈美，成谷宏文，宮田茂

ウェルシュ菌のキシロース及びセロビオース資化性株の構築

产气荚膜梭菌木糖和纤维二糖同化菌株的构建

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
野寺菜美子;宮田茂;宮城侑弥，川畑博暉，森山龍一，宮田茂
通讯作者：
宮城侑弥，川畑博暉，森山龍一，宮田茂

Metabolic engineering of Clostridium perfringens for fermentation of xylose and cellobiose.

用于木糖和纤维二糖发酵的产气荚膜梭菌的代谢工程。

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
野寺菜美子;宮田茂;宮城侑弥，川畑博暉，森山龍一，宮田茂;佐藤悠一朗，加藤実希，矢野智奈美，宮田茂;宮城侑弥，川畑博暉，森山龍一，宮田茂
通讯作者：
宮城侑弥，川畑博暉，森山龍一，宮田茂

ウェルシュ菌へのキシロース及びセロビオースの利用能の付与

赋予产气荚膜梭菌利用木糖和纤维二糖的能力

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
野寺菜美子;宮田茂;宮城侑弥，川畑博暉，森山龍一，宮田茂;佐藤悠一朗，加藤実希，矢野智奈美，宮田茂;宮城侑弥，川畑博暉，森山龍一，宮田茂;佐藤悠一朗，加藤実希，矢野智奈美，成谷宏文，宮田茂;宮田茂;佐藤悠一朗，加藤実希，矢野智奈美，宮田茂;宮城侑弥，川畑博暉，宮田茂，森山龍一
通讯作者：
宮城侑弥，川畑博暉，宮田茂，森山龍一