バイオプロセス条件に遺伝子調節パターンをカップリングさせて合成代謝モジュールを最適化することによる酵母のセスキテルペンの生産性改善

PENG Bingyin; PLAN Manuel R.; CARPENTER Alexander; NIELSEN Lars K.; VICKERS Claudia E.

文献

J-GLOBAL ID：201702247784298693 整理番号：17A0482731

バイオプロセス条件に遺伝子調節パターンをカップリングさせて合成代謝モジュールを最適化することによる酵母のセスキテルペンの生産性改善

Coupling gene regulatory patterns to bioprocess conditions to optimize synthetic metabolic modules for improved sesquiterpene production in yeast

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資料名：
巻： 10 号： Feb ページ： 10:43 (WEB ONLY) 発行年： 2017年02月
JST資料番号： U7022A ISSN： 1754-6834 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：イギリス (GBR) 言語：英語 (EN)

生物燃料等の汎用化学物質および高付加価値化学物質を工業生産する微生物細胞工場を作出するためには,一般的に異種代謝経路を組み立てる必要がある。異種経路の個々の構成要素の発現は,プロモーターを介した転写制御を用いて協調させる。遺伝子の発現様式は培養期間中の条件の変化に伴って変化し,酵母Saccharomyces cerevisiaeの生理学と生産力に,ポジティブな影響ならびにネガティブな影響の両方を及ぼす可能性がある。目的とする物質にマッチした転写制御を行うためには,変化していく培養条件の特徴を十分に把握した戦略が必要である。本研究では,trans-ネロリドール,非環式セスキテルペンアルコールを生産するため,合成にかかわるイソプレノイド代謝経路モジュールの最適化を目指して,酵母の構成的な調節機構,および誘導性の調節機構について調べた。調節系の選択はバッチ培養期間中の生理的特性(成長と生産性)に有意な影響を及ぼした。構成的プロモータを用いると,対数期の増殖が不良になった。銅誘導性のCUP1プロモーターを用いて,組み立てられた代謝モジュールの発現を遅らせると,対数期の増殖率が1.6倍増加し,対数増殖期以降の生産性は2倍に増加した。しかし,複数の発現カセットでCUP1プロモータを反復利用すると,遺伝的に不安定になった。ネロリドールの合成代謝モジュールを構築するために,GAL調節回路の操作,および4つの異なるGALプロモーターのセットに基いたジオーキシーにより誘導される発現系の特徴を明らかにして,適用した。本手法により,ネロリドール生産は60%増加し,392mgL^-1に改善された。GALシステムによる誘導を調節するために,バッチ培養/流加培養を用いて様々な炭素源システムについて調査し,条件によって4-5.5gL^-1の最終的なネロリドール力価を得ることができた。異なる転写制御機構を直接比較することにより,操作された細胞の増殖適性と総合的な生産性を工業的に最適化するためには,出力強度を発酵段階に結びつけることが重要であることが明示された。十分に特徴を把握して,同じ誘導特性を持つ異なるプロモーターを適用することにより,相同配列によりもたらされる遺伝的不安定化のリスクを緩和することができる。本手法により,酵母によるセスキテルペン生産を有意に改善することができた。(翻訳著者抄録)

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微生物代謝産物の生産 , 遺伝子操作 , 代謝と栄養

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