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。

威尔士细菌是厌氧细菌的强性，厌氧需求低，并且是产生氢的细菌之一，表现出任何已知细菌中生长最快的生长速率。在这项研究中，我们试图通过基因组编辑和删除和插入构成涉及氢生产的代谢系统的基因来修饰B. welsh氯化体来改善氢的产生。此外，该公司还旨在从基于废物的生物质中生产氢。去年，据透露，当使用含葡萄糖的培养基时，LDHL，LDHD和ADHE的三重缺失菌株表现出最高的氢生产量。还表明，PDUCDE的缺失将生长提高到与含葡萄糖的培养基相同的水平，并且氢生产量得到了极大的提高。今年，我们已经构建了多种缺失菌株，这些菌株删除了上述四个基因的目的是构建有效生长的菌株，既有含葡萄糖的培养基又含甘油含量，这些培养基和含甘油的培养基表现出较高的氢生产力。结果，与母体菌株相比，含葡萄糖的培养基的生长没有显着差异，但与预期相反，在含甘油的培养基中的生长显着抑制。当使用气相色谱法检查代谢产物时，单独的PDUCDE缺失菌株的比例从甘油到乙醇代谢，而四倍缺失菌株的代谢菌株显示出较高比例的代谢酸。因此，尽管试图删除ATOB，这是丁酸合成的原始酶基因，并且从理论上讲，试图改变乙酸合成中代谢的代谢，这对于氢的产生是有利的，但在含甘油含甘油的培养基和含葡萄糖的培养基中均受到抑制。已经提出，酶代谢乙酰辅酶A与乙酸的反应速率很慢，或者存在某种调节机制。为了高度表达其他梭状芽孢杆菌属的乙酸合成基因，我们成功地构建了一个在威尔士芽孢杆菌中起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