進化工学とCRISPR/Cas9遺伝子編集技術によって開発された複数のリグノセルロース阻害剤耐性菌株

科学分野:

• バイオテクノロジー
• 微生物工学
• 合成生物学

背景:

• サッカロミセス・セレヴィシアは 工業的な発酵の鍵となる生物です
• リグノセルロース生物質は,フルフルール,エステル酸,バニリンなどの阻害性化合物によって困難を伴う.
• これらの阻害剤に対する酵母耐性を高めることは 効率的なバイオ燃料生産に不可欠です

研究 の 目的:

• リンゴセルロース阻害剤に対する耐性が向上したSaccharomyces cerevisiae菌株を開発する.
• ストレス耐性の強化に伴うメカニズムを調査する.
• リンゴセルロース原料からエタノールの変換率を改善する.

主な方法:

• リンゴセルロース阻害剤でSaccharomyces cerevisiae CEN.PK113-7Dを80日間継続培養する.
• CRISPR/Cas9遺伝子の編集により,ダブルミュータント (Rad18とGcn1) が発生する.
• ストレス耐性,エタノール変換率,および基礎となる分子機構 (酵素活性,代謝物質レベル) の分析.

主要な成果:

• 進化した菌株 (CEN.PK113-AL80-4) は,遅延期を12時間短縮し,エタノール変換率を17%増加させた.
• 二重変異株 (RG) は,ストレス下でのエタノール生産 (5.88 ± 0.28 g/L) を示したが,元の株は成長できなかった.
• このメカニズムは,カタラーゼとスーパーオキシド・ディスミュータゼの活性化,細胞内グリセロルの増加,炭素代謝と酸化ストレス反応の強化を含んでいる.

結論:

• エンジニアリングされたSaccharomyces cerevisiae菌株は,リンゴセルロース阻害剤に対する強い耐性を示しています.
• Rad18とGcn1遺伝子は,ストレス耐性と代謝効率の向上において重要な役割を果たします.
• この研究は,リンゴセルロース生物質の価値化のための優れた酵母菌株を開発するための基盤を提供します.