JST 戦略的創造研究推進事業において、長浜バイオ大学バイオサイエンス学部の石川 聖人准教授と黑料网大学院工学研究科の堀 克敏教授は、遗伝子组换えが困難な细菌Acinetobacter 属Tol 5株注１）を、遗伝子组换えが容易な细菌へと改変することに成功しました。
微生物を用いた物质生产、いわゆるバイオものづくり注２）は、従来の化石資源を原料としたさまざまな製造プロセスを置き換える「持続可能なものづくり」として注目を集めています。効率的な物質生産には、バイオものづくりに適した微生物の作出が不可欠ですが、その基礎となる微生物のことを基盤微生物といいます。自然界に存在する有用な细菌の多くは、生産機能向上や機能改変のための遗伝子组换えが困難であるため、基盤微生物としては利用しづらい課題がありました。本研究グループは、バイオものづくりに有望な细菌として、多様な炭化水素を栄養素として利用でき、生産物質回収が容易なAcinetobacter 属细菌Tol 5に注目して研究を進めていますが、これも他の细菌と同様に遗伝子组换えが困難でした。
本研究では、Tol 5株で遗伝子组换えを困難にしている要因が、外来DNAに対する防御機構であることを解明しました。さらに、Tol 5株の２つの制限酵素注３）の遺伝子を欠損させると、遗伝子组换え効率が劇的に向上することを明らかにしました。つまり、２つの制限酵素遺伝子を欠損したTol 5株は、遺伝子導入?組換えDNA構築注４）?ゲノム编集技术の１つである塩基编集注５）が適用可能な遗伝子组换えしやすい细菌となりました。
遗伝子组换えしやすくなったTol 5株はバイオものづくりの基盤微生物としての活用が期待されます。加えて、制限酵素の遺伝子を欠損させると遗伝子组换えの効率が上がるという本研究における知見は、遗伝子组换え困難な微生物を遗伝子组换えしやすくするアプローチとして有効であり、未活用微生物への適用により、バイオものづくりの基盤微生物に多様性を与えることに役立つことが期待されます。
本研究成果は、２０２４年５月９日（米国东部时间）発行のアメリカ微生物学会科学誌「Applied Environmental Microbiology 」に掲载されました。
? 微生物を利用して有用な物質を得るバイオものづくりに有望な细菌“Acinetobacter 属Tol 5株”の遗伝子组换えが困難な理由が、外来DNAに対する防御機構であることを解明した。
? ２つの制限酵素遺伝子を欠損させたTol 5株を作出し、エレクトロポレーション法による遺伝子導入を行ったところ、その効率が約5.7万倍向上。遗伝子组换えしやすい细菌への改変に成功した。
? 得られたTol 5変異株は、バイオものづくりにおける基盤微生物としての活用が期待されると共に、Tol 5株で得られた知見を他の遗伝子组换え困難な细菌へ適用することで基盤微生物の多様化への貢献が期待される。
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注１）Acinetobacter 属细菌Tol 5
堀教授がトルエン除去装置から分離した细菌。有機溶媒に高い耐性を持ち、多様な炭化水素を栄養素とすることができることに加え、高付着性?凝集性というバイオプロセスに有利な特徴を併せ持つ。
注２）バイオものづくり
微生物や动植物等の细胞を利用して、バイオマス资源や大気中の二酸化炭素を原料に、化学品や燃料、食品などを生产する取り组み。
注３）制限酵素
DNAを特定の部分で切断する酵素。遺伝子工学では試験管内でDNAを切断する際に利用されるが、细菌細胞内では主にバクテリオファージ（细菌に感染するウイルスのこと）の感染を免れるために機能する。
注４）组换え顿狈础构筑
异なる生物に由来する顿狈础や、人工的に合成した顿狈础を组み合わせて新しい遗伝子配列を持った顿狈础を作る技术。プラスミドのような环状の组换え顿狈础は大肠菌を用いて构筑し、増幅させることが一般的である。
注５）塩基编集
ゲノム编集技术の１つであり、顿狈础の特定の１文字（塩基）を直接的に変更する。一般的なゲノム编集とは异なり、顿狈础の二重锁切断を行わないことを特徴とする。
“英語タイトルThe elimination of two restriction enzyme genes allows for electroporation-based transformation and CRISPR-Cas9-based base-editing in the non-competent Gram-negative bacterium Acinetobacter sp. Tol 5.”
（日本語タイトル 2つの制限酵素遺伝子を除去することで、非コンピテントなグラム陰性细菌Acinetobacter 属罢辞濒.5のエレクトロポレーションによる形质転换と颁搁滨厂笔搁-颁补蝉9に基づく塩基编集が可能となる）
