窒素固定能力を限界まで引き出したスーパーヘテロシストの創生

创造最大化固氮能力的超级异形体

基本信息

批准号：
22K19138
负责人：
得平茂樹
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Tokyo Metropolitan University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、シアノバクテリアの窒素固定能力を極限まで引き上げ、現在の膨大なエネルギーを消費する工業的窒素化合物生産から、光エネルギーによる持続可能な窒素化合物のバイオ生産へと転換するゲームチェンジングテクノロジーの創出を目指す。糸状性シアノバクテリアの一種であるAnabaena sp. PCC 7120は，一部の細胞をヘテロシストと呼ばれる窒素固定に機能特化した細胞に分化させることで、光エネルギーを利用して炭酸固定と同時に窒素固定を行うことができる。ヘテロシストは光エネルギーを利用して窒素固定を行う最も優れたシステムであると言われており，このシステムを利用することで工業的アンモニア生産に依存しない革新的な窒素化合物のバイオ生産技術の確立を目指す。今年度は，ヘテロシストにおける窒素固定効率をより向上させる遺伝子改変に取り組んだ。窒素固定活性はその産物によるフィードバック阻害を受けると考えられており，過剰に窒素固定を行わせるにはそのフィードバック制御を解除する必要がある。そこで，フィードバック阻害を引き起こす窒素固定産物を速やかに他の化合物へと変換させる代謝改変を行なった。代謝経路を制御するレギュレーターを変異型に置き換えることによる，変換効率の向上に取り組んでいる。現在，変異型レギュレーターを導入した株の作製は完了しており，その効果の検証を進めている。また，窒素固定により合成されたアンモニアから有用な窒素化合物を生産させるための代謝改変も行った。現在，大気中の窒素ガスから窒素化合物を合成することができるかを検証している。

在这项研究中，我们将创造一种改变游戏规则的技术，将蓝藻的固氮能力推向最大极限，从目前消耗大量能源的工业生产氮化合物转变为可持续生物生产氮化合物使用光能。鱼腥藻 PCC 7120 是一种丝状蓝藻，可以通过将其一些细胞分化为专门用于固氮的细胞来利用光能来固氮。据说异形细胞是利用光能进行固氮的最优秀的系统，通过使用该系统，可以建立不依赖于工业氨生产目标的氮化合物的创新生物生产技术。今年，我们进行了基因改造，进一步提高异形胞的固氮效率。固氮活性被认为受到其产物的反馈抑制，为了引起过度固氮，需要释放这种反馈控制。因此，我们修改了代谢，将引起反馈抑制的固氮产物快速转化为其他化合物。我们正在努力通过用突变类型替换控制代谢途径的调节因子来提高转化效率。目前，我们已经完成了引入突变调节剂的菌株的创建，正在对其效果进行验证。我们还修改了新陈代谢，从通过固氮合成的氨中产生有用的氮化合物。目前，我们正在验证是否可以从大气中的氮气合成氮化合物。