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二機能性分子スイッチを用いた大腸菌の炭素フラックスの再配線
Rewiring carbon flux in Escherichia coli using a bifunctional molecular switch.
PMID: 32416271 DOI: 10.1016/j.ymben.2020.05.004.
抄録
微生物の細胞工場では、炭素フラックスの不均衡な分布は、生産効率の低下や細胞の成長不良につながる可能性があります。そこで、細胞増殖と化学合成をアンカップリングすることで、微生物細胞工場の効率を向上させることができます。このようなアンカップリングは、炭素フラックスの精密な操作を必要とするが、様々な経路の酵素の発現をアップレギュレーションまたはダウンレギュレーションすることによって達成することができる。本研究では、成長段階に依存したプロモーターとデグロンを用いて、ダイナミックターンオフスイッチ（dTFS）とダイナミックターンオンスイッチ（dTNS）を構築した。dTFSとdTNSを組み合わせることで、2つの標的タンパク質を直交的に制御できる二機能性分子スイッチを導入しました。この二機能性分子スイッチを用いて、シキミン酸とD-グルカル酸の合成から細胞増殖を切り離すことに成功し、大腸菌MG1655において、シキミン酸の生産量は14.33g/L、D-グルカル酸の生産性は報告されている中で最も高い（0.0325g/L/h）ことがわかりました。このことから、二官能性分子スイッチは、標的タンパク質の豊富さを制御することで、炭素フラックスを再配線できることが証明されました。
The unbalanced distribution of carbon flux in microbial cell factories can lead to inefficient production and poor cell growth. Uncoupling cell growth and chemical synthesis can therefore improve microbial cell factory efficiency. Such uncoupling, which requires precise manipulation of carbon fluxes, can be achieved by up-regulating or down-regulating the expression of enzymes of various pathways. In this study, a dynamic turn-off switch (dTFS) and a dynamic turn-on switch (dTNS) were constructed using growth phase-dependent promoters and degrons. By combining the dTFS and dTNS, a bifunctional molecular switch that could orthogonally regulate two target proteins was introduced. This bifunctional molecular switch was used to uncouple cell growth from shikimic acid and D-glucaric acid synthesis, resulting in the production of 14.33 g/L shikimic acid and the highest reported productivity of D-glucaric acid (0.0325 g/L/h) in Escherichia coli MG1655. This proved that the bifunctional molecular switch could rewire carbon fluxes by controlling target protein abundance.
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