藻類バイオ燃料実用化への挑戦～生産物の排出促進による大量生産の実現～

藻类生物燃料商业化的挑战 - 通过促进产品排放实现大规模生产 -

• 批准号: 17J08354
• 负责人: 加藤 明宏
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Nagoya University
• 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: 2017-04-26 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J08354/
• 关键词: バイオ燃料の生産性向上; RND型多剤排出ポンプの機能解析; 水-有機二層培養

本研究の目的は、バイオ燃料の細胞外高生産系を構築し、バイオ燃料の経済的・エネルギー的生産性を向上させることである。具体的には、原核光合成生物であるラン藻Synechococcus elongatus PCC 7942に遺伝子操作を施し、遊離脂肪酸（FFA）が細胞内で生産され、細胞外へと放出される系を利用する。これまでの研究から、S. elongatusのFFA生産株は、細胞内に過剰に蓄積したFFAによって深刻な生育不良を起こすことが明らかとなっている。そのため、FFAの生産性を向上させるためには、FFAの生産能力と排出能力のバランスを最適化し、FFAの細胞内への蓄積を防ぐ必要がある。先行研究により、有機溶媒を培地に重層した水-有機二相培養法によって、FFA生産株の生育不良が著しく改善されることが示されている。そこで、二層培養時におけるFFA生産株の細胞内外のFFA量の経時変化を調べた。細胞内のFFA量は、コントロールである単層培養と比べて15分の1にまで減少していた一方で、細胞外に放出されたFFA量は単層培養の3倍以上に増加していた。これらの結果は、二層培養によってFFAの受動拡散が効率的に促進されることを示すとともに、生産性を向上させるためにはFFAの生産能力の向上が必要であることを示唆している。FFAの生産能力が強化された場合、続いてFFAの排出能力を強化する必要がある。そこで、FFAの能動輸送を強化するために、内在性のRND型FFA排出ポンプの構成成分である外膜チャネルタンパク質を探索し、その機能解析を行った。すると、この外膜チャネルタンパク質は細胞外から細胞内へのFFAの流入も引き起こしうることが示唆された。この結果は、FFAの排出能力を強化する上で重要な情報となるだけでなく、ラン藻の外膜チャネルタンパク質の機能解析といった基礎研究にとっても重要な知見である。

本研究的目的是构建细胞外生物燃料的高产体系，提高生物燃料的经济性和能源生产率。具体来说，他们对蓝藻细长聚球藻 PCC 7942（一种原核光合生物）进行了基因改造，以利用在细胞内产生游离脂肪酸 (FFA) 并释放到细胞外的系统。先前的研究表明，由于细胞内过量的 FFA 积累，产生 FFA 的 S. elongatus 菌株会出现严重的生长缺陷。因此，为了提高FFA生产率，需要优化FFA生产能力和排泄能力之间的平衡，防止FFA在细胞内积累。先前的研究表明，通过在培养基上分层有机溶剂的水-有机两相培养，可以显着改善FFA生产菌株生长不良的情况。因此，我们研究了两层培养过程中FFA生产菌株细胞内外FFA量的时间变化。虽然细胞内的 FFA 量减少至对照单层培养物的十五分之一，但释放到细胞外的 FFA 量却是单层培养物的三倍以上。这些结果表明双层培养有效促进了 FFA 的被动扩散，并表明提高 FFA 生产能力对于提高生产率是必要的。如果FFA生产能力得到加强，FFA排放能力也必须随之加强。因此，为了增强FFA的主动转运，我们寻找外膜通道蛋白（内源性RND型FFA外排泵的组成部分）并分析其功能。结果表明，这种外膜通道蛋白还可以触发 FFA 从细胞外部流入细胞内部。该结果不仅为增强FFA排泄能力提供了重要信息，也为蓝藻外膜通道蛋白功能分析等基础研究提供了重要知识。

项目成果

Milking方式による藻類バイオ燃料生産の実現に向けた技術基盤の構築

搭建挤奶法实现藻类生物燃料生产技术平台

• 发表时间: 2017
• 作者: 加藤明宏;高谷信之;鵜瀬和秀;池田和貴;愛知真木子;前田真一;小俣達男
• 通讯作者: 小俣達男

Removal of the product from the culture medium strongly enhances free fatty acid production by genetically engineered Synechococcus elongatus

从培养基中去除产物可显着提高基因工程细长聚球藻的游离脂肪酸产量

• DOI: 10.1186/s13068-017-0831-z
• 发表时间: 2017
• 影响因子: 6.3
• 作者: Kato A;Takatani N;Ikeda K;Maeda SI;Omata T
• 通讯作者: Omata T