生物システム工学特別研究チーム
研究内容

研究紹介

 ゲノム情報と情報解析の密接な連携に基づく新規物質の生産、生産性の向上など、生物プロセスの効率的な設計技術、ゲノム情報に基づいた解析・診断技術など、ゲノム工学による生命情報の産業化を目指して研究を進めています。

研究概論

 大規模なゲノム情報が短時間・低コストで得られるようになり、これを如何に効果的に利用できるかで、研究開発の競争力が大きく左右されます。このための鍵は、生物解析と情報解析の柔軟で密接な連携であり、生命情報科学研究センターや情報技術研究部門の協力も得て、新たな解析技術の開発を進めています。これまでに、次世代DNAシークエンサー、DNAマイクロアレイ、LC/MSなどによる大規模なゲノム情報を利用して、生物プロセスを短時間で高効率に開発するための技術を開発してきました。また、ゲノム情報に基づいて、生物種を正確に判別する技術の開発と標準化を目指して研究を進めています。

独創的技術

大規模なゲノム情報の産業利用技術
(鍵となる遺伝子を高精度に予測する)



ウェットとドライの融合プラットフォーム



糸状菌二次代謝遺伝子の解析・利用技術の開発

 麹菌のゲノム解析によって、麹菌のゲノムは「非シンテニー領域」と「シンテニー領域」の性質の異なる2種類の領域がモザイク状に分布して成り立っていることが明らかとなった。非シンテニー領域は、麹菌に特異的な遺伝子が存在するところであり、主に二次代謝系遺伝子や細胞外加水分解酵素の遺伝子が集まっています。また、この性質は麹菌だけではなく、多くの真菌に共通であることが分かりつつあります。これらの遺伝子は、医薬のリード化合物や農薬などの生理活性物質や、化学産業などへの利用が期待される化合物の生産に関わっていますが、発現する条件が限られていることから研究が難しく、その重要性にもかかわらず、多くの遺伝子が機能未知のまま残されていました。
 麹菌を初めとした糸状菌のゲノム解析により、これらの遺伝子の研究を進める新たな道が開けました。本研究グループは、これらの遺伝子を産業に利用するための研究をいち早く開始し、「ウェットとドライの融合プラットフォーム」を用いて、これまでに多くの機能未知の遺伝子の予測に成功し、それらの高速な解析と利用技術の開発を進めています。

麹菌のゲノム構造の模式図

NSB・SBの分布と各領域の遺伝子の機能の特徴


コウジ酸などの有用物質の生産技術の開発

 麹菌は、日本の伝統的発酵産業である酒、味噌、醤油、酢などの生産に広く利用されています。また、最近では、酵素の生産など、バイオテクノロジーにも利用されています。麹菌のゲノム塩基配列の解析は2005年末に完了し、約12,000の遺伝子が発見されました。これらの中には、上記の産業に利用されてきた多数の有用な遺伝子が含まれているはずです。また、麹菌は、その食経験から安全性が非常に高い微生物として世界的に認められています。
 そこで、当研究グループでは、これらの麹菌の優れた性質を利用して、様々な産業により広く利用するための研究を進めています。これには、抗真菌剤の標的になる遺伝子を探したり、遺伝子破壊などによって麹菌の生産性をさらに向上させることなどが含まれます。この様な目的を達成するために、ゲノム科学を用いた様々な解析を進めています。これらの情報基盤を用いて、100年以上前に発見され美白剤として利用されているコウジ酸の生合成遺伝子を突き止めました。

コウジ酸生合成遺伝子の同定と利用 (Terabayashi et al., Fungal Genet Biol 47, 953, 2010)

麹菌代謝パスウェイの解析と人為的増強

 麹菌のゲノム解析によって、麹菌が高い代謝活性を有していることの理由の一端が分かってきました。左図は、麹菌が有する代表的な代謝パスウェイの一部を示したものですが、赤線で示されたところは、対応する酵素をコードする遺伝子の数が、麹菌の近縁種よりも1.5倍以上のところを表します。これを見ると、各遺伝子がばらばらに数を増したと言うよりは、特定の代謝パスウェイに沿って、連続した位置にある遺伝子の数が増加しているように見えます。このことは、特定の代謝パスウェイが増強されていること示唆します。例えば、図の右側はアミノ酸の代謝パスウェイですが、多くの連続したパスウェイで遺伝子数の増加が見られます。これは、醤油の生産で大豆タンパク質が分解され、多量のアミノ酸が生じることへの対応なのかもしれません。
 当研究グループでは、脂質などの有用な物質について、代謝パスウェイ遺伝子の発現増強などによって、生産性を向上させるための技術開発を行っています。

麹菌の代謝遺伝子の増幅 (Machida et al., Nature, 438, 1157, 2005)


有用物質の生産性向上技術の開発

代謝パスウェイの増強による脂肪酸の生産性の向上
(Tamano et al., Appl Microbiol Biotechnol, 97, 269 (2013). )


カシミヤ繊維の試験方法の標準化

 DNAのわずかな違い(SNP:一塩基変異多型)を利用して、カシミヤの繊維を他の獣毛の繊維から正確に見分ける技術の標準化などを進めています。

獣毛に含まれるDNAを利用した種判別技術の開発


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