シアエタノール分解能を強化した酵母Komagataella phaffiiの工学的開発

科学分野:

• バイオテクノロジー;代謝工学;合成生物学

背景:

• リグノセルロースバイオマスの主要成分であるキシロースの効率的な利用は、費用対効果の高い燃料および生化学的生産にとって重要です。;Komagataella phaffiiは工業的に関連性の高い酵母ですが、キシロースの同化能力が低く、バイオマス価値化におけるその応用を制限しています。

研究 の 目的:

• K. phaffiiを、キシロースを唯一の炭素源として成長および代謝を強化するように改良すること。;K. phaffii内のキシロース分解におけるボトルネックを特定し、克服すること。;より広範な基質利用のためにK. phaffiiの全体的な代謝可塑性を向上させること。

主な方法:

• 主要なキシロース同化経路の構築：キシロースイソメラーゼ（XI）-キシロースキナーゼ（XK）、非酸化性ペントースリン酸経路（PPP）、および非酸化性解糖系（NOG）。;バイパス経路（例：HOG-MAPKシグナル伝達）のブロックや負の転写因子の抑制を含む代謝工学戦略。;多重オミクスおよび逆解析と組み合わせた適応進化（ALE）の適用によるキシロース利用の最適化。

主要な成果:

• 改良されたK. phaffii株は、キシロース上での報告されている比成長速度（μmax = 0.042 h⁻¹）で最高値を達成しました。;キシロースを含む最小培地での成長中に、有意なバイオマス収率（0.366 g DCW/g キシロース）と短いラグタイム（25.0 h）を示しました。;代謝産物の回転促進、効率的な遊離脂肪酸（FFA）生産、およびグルコース抑制効果の部分的な緩和が観察されました。

結論:

• 統合された代謝経路構築と最適化を通じて、堅牢なキシロース同化のためにK. phaffiiを首尾よく改良しました。;開発された株は、キシロース利用において優れた性能を示し、バイオマス価値化のための有望なプラットフォームを提供します。;得られた代謝工学戦略と洞察は、他の酵母種に適用可能であり、それらのキシロース分解能力を強化します。