微生物を利用したCoAコファクターエンジニアリングの物質生産への応用

微生物CoA辅因子工程在材料生产中的应用

基本信息

批准号：
22K05376
负责人：
長南茂
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Ibaraki University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本申請研究は、細胞内でアシル基のキャリアとして機能しているコエンザイムA（CoA）の生合成経路を強化することにより、炭素代謝を活性化し、有用物質生産に応用できる要素技術の開発を目指している。モデル微生物である大腸菌を使った研究において、アセチル-CoAの増産効果は生分解性プラスチックであるポリヒドロキシ酪酸（PHB）生産で、マロニル-CoAの増産効果はバイオマス燃料となる脂肪酸生産でそれぞれ有効性が確認されている。これらの結果を踏まえ、本技術の汎用性を、①アセチル-CoA増産効果はCupriavidus necatorによるPHB生産で、②マロニル-CoA増産効果はシアノバクテリアによる脂肪酸生産で、さらに③低温菌による高度不飽和脂肪酸（PUFA）生産でそれぞれ検証する。④大腸菌においても、PHB、脂肪酸、およびPUFAの増産技術の開発を継続して実施する。令和4年度は、①では外来のパントテン酸キナーゼ（CoaA）遺伝子を導入したC.necator形質転換体の構築、②では相同組換えでゲノムDNAにマロニル-CoA増産に必要なアセチル-CoAカルボキシラーゼ（Acc）遺伝子とcoaA遺伝子を導入した形質転換体の作製が完了している。いずれも、令和5年度から本格的な培養実験を開始する。③の低温菌については未だに形質転換体が得られていないが、④大腸菌を用いた研究においては低温菌のPUFA合成遺伝子を導入した形質転換体でEPA生成が確認され、今後はaccとcoaA遺伝子との共発現における増産効果を検討する予定になっている。また、チオエステラーゼ遺伝子導入による遊離脂肪酸生産ではマロニル-CoA生合成経路の強化で脂肪酸生成量が上昇することも確認され、PHB生産ではアセチル-CoA増産技術の有効性がメタボローム解析でも明らかにされた。

本次提交的研究旨在开发可用于通过加强作为细胞中酰基载体的辅酶 A (CoA) 的生物合成途径来激活碳代谢来生产有用物质的基本技术。在使用模型微生物大肠杆菌的研究中发现，乙酰辅酶A的产量增加效果对于生物降解性塑料聚羟基丁酸（PHB）的生产有效，丙二酰辅酶A的产量增加效果对于生物降解性塑料的生产也有效。已证实生产用作生物质燃料的脂肪酸。基于这些结果，我们认为该技术的多功能性如下：（1）增加乙酰辅酶A产量的效果是由于Cupriavidus necator产生PHB，（2）增加丙二酰辅酶A产量的效果是由于脂肪蓝细菌产生的酸，以及 (3) 耐冷细菌产生的多不饱和脂肪酸 (PUFA) 在生产中验证每一项。 ④继续开发利用大肠杆菌提高PHB、脂肪酸、PUFA产量的技术。 2020年度，我们将构建在①中导入外源泛酸激酶（CoaA）基因的C. necator转化体，并在②中通过同源重组将乙酰辅酶A羧化酶（增加丙二酰辅酶A的产量所必需）构建到基因组DNA中。已完成导入Acc)基因和coaA基因的转化体的制备。两者的全面培养实验将于 2025 年开始。尽管尚未获得耐冷细菌的转化体，但在使用④大肠杆菌的研究中，在导入了耐冷细菌的PUFA合成基因的转化体中确认了EPA的产生，我们计划研究增加的效果。与共同表达时的产生此外，还证实了通过硫酯酶基因导入产生的游离脂肪酸通过加强丙二酰辅酶A生物合成途径来增加脂肪酸产量，并且代谢组学分析也揭示了乙酰辅酶A增产技术对于PHB生产的有效性。