成果報告書詳細
管理番号20110000000764
タイトル平成18年度~平成22年度成果報告書 微生物機能を活用した環境調和型製造基盤技術開発/微生物機能を活用した高度製造基盤技術開発/高性能宿主細胞創製技術の開発、微生物反応の多様化・高機能化技術の開発、バイオリファイナリー技術の開発、総合調査研究/微生物複合酵素系の産業用触媒としての研究開発
公開日2011/6/7
報告書年度2006 - 2010
委託先名株式会社カネカ
プロジェクト番号P06014
部署名バイオテクノロジー・医療技術部
和文要約 バイオプロセスを多様な化学反応に応用するためには、実質的成果が得られている単一酵素系を数種融合する反応系や、複合酵素系(Multi-component酵素系)であるがゆえに制御困難であった酵素系を、各々のプロセスに最適な反応場で活用するための技術開発が必要である。この複合要素を統合化した物質生産プロセス(Integrated bio factory-IBF)の基盤技術を確立すべく、光学活性アミノ酸、光学活性アルコールをターゲットとした、(1)高機能性Multi-component酵素系による光学活性アミノ酸生産プロセスの開発、ならびに、(2)高機能性Multi-component酵素系による光学活性アルコール生産プロセスの開発、に取り組んだ。また、これらの研究をバックアップし、その成果をより多様な化学反応へと展開すべく、(3)高機能性Multi-component酵素系の探索・機能解析、(4)Multi-component酵素系の機能発現制御技術の開発、ならびに、(5)最適反応場・プロセスの構築、に取組んだ。平成18年度~20年度は、高機能性複合酵素系の探索を中心とした研究開発を行なった。すなわち、プロセスの構築に必要な情報を収集し、必要な酵素群を取得して、その機能解明及び高機能化検討を実施した。さらに、これら酵素群の使用によるプロセスの実現性を評価し、その実例を示した。平成21年度~22年度は、ファインケミカル生産に有用な複合酵素系の機能発現制御技術の開発、及び反応場と生産プロセスの構築をめざした研究開発を行なった。すなわち、複合酵素系を微生物菌体内で実現するための遺伝子発現系を確立し、工業プロセスで使用可能な微生物を育種し、これを用いる生産プロセスを構築した。その結果、実用化が望める生産性レベルに達したプロセスとしては、(1)4酵素酸化還元酵素系によるL体非天然アミノ酸の安価生産プロセス、(2)4酵素酸化還元酵素系による光学活性なジオール類の安価生産プロセス、(3)4酵素酸化還元酵素系による複不斉キラルアルコールの生産プロセス、(4)アミノ基転移・酸化還元酵素系による光学活性アミン類の生産プロセス、(5)ATP産生・炭素-炭素結合酵素系によるリン酸化糖の生産プロセス、(6)炭素-炭素結合・アミノ基転移酵素系によるヒドロキシアミノ酸の生産プロセス、(7)ジオキシゲナーゼ酵素系を用いるヒドロキシアミノ酸の生産プロセス、(8)異性化酵素系を用いる共役脂肪酸の生産プロセス、(9)水和酵素系を用いる光学活性水酸化脂肪酸類の生産プロセスがあげられる。また、複合酵素系を活用するために得られた技術や知見としては、(1)スーパーオキシドディスムターゼがシトクロムP450水酸化酵素の安定化及び活性化に寄与することを示した、(2)各種の微生物二次代謝産物や合成化合物にラッカーゼメディエーター活性を発見した、(3)アルコール脱水素酵素の補酵素依存性を改変する手法を開発した、(4)カルボニル還元酵素、オレフィン還元酵素、アミノ基転移酵素、炭素-炭素結合形成酵素、ラッカーゼ、P450モノオキシゲナーゼ、脂肪酸共役化酵素系(飽和化、不飽和化、異性化)などの新たな機能をもつ酵素を発見し、これらを用いる酵素的生産プロセス開発の技術基盤を築いたこと、などがあげられる。
英文要約Title: Development of Basic Technologies for Advanced Production Methods Using Microorganism Functions. Technology to enable enhanced and diversified functions of microbial processes. Development of Microbial Multi-component Enzyme Systems (FY2006-FY2010) Final Report
It is necessary to apply a multi-enzymatic process, which is a functional combination of some enzymatic reactions or a complex biological system composed by any biological components, to various kinds of chemical reactions as “Integrated bio factory - IBF”. The desired enzymes to compose some multi-enzymatic processes were isolated, characterized and improved. Then the realization of the desired process was estimated by some experiments using the isolated useful enzymes. And the multi-enzymatic processes with novel function were optimized to construct the useful processes for the production of fine chemicals. Finally industrial processes were constructed by making the recombinant microorganism expressing genes coding the desired enzymes as the catalyst. Nine multi-enzymatic industrial processes have been established, (1) an economical process for the production of unnatural L-amino acids by four oxido-reductases , (2) an economical process for the production of optically active diols by four oxido-reductases, (3) a process for the production of optically active compounds which have plural chiral centers by four oxido-reductases, (4) a process for the production of optically active amines by a transaminase and oxido-reductases, (5) a process for the production of useful phosphorylated sugars by ATP-producing enzymes and a carbon ~carbon bond forming enzyme, (6) a process for the production of hydroxyl amino acids by a carbon ~carbon bond forming enzyme and a transaminase, (7) a process for the production of hydroxyl amino acids by a dioxygenase and its related enzymes, (8) a process for the production of conjugated fatty acids by an novel isomerase and its related enzymes, and (9) a process for the production of optically active hydroxyl fatty acids by an novel hydratase and its related enzymes. Four important technologies have been also developed for application of multi-enzymatic processes. (1) contribution of superoxide dismutase to activation and stabilization of cytochrome P450 monooxygenase were found, (2) some laccase mediater activities were discovered in various kinds of microbial secondary metabolites and synthetic compounds, (3) a method for converting the coenzyme dependency of alcohol dehydrogenase was developed, (4) some novel useful enzymes were discovered such as carbonyl reductase, olefin reductase, transaminase, carbon ~carbon bond forming enzyme, laccase, P450 monooxygenase and fatty acid modifying enzymes (saturation, unsaturation, isomerization, hydration). These will be applied for industrial enzymatic processes for the production of useful compounds.
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