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本研究成果のポイント
- 微细藻类は温室効果ガスである颁翱2を吸収してバイオ燃料などに変换できることから、今后の低炭素化社会の构筑に贡献する技术として期待されています。
- 様々な有用遗伝子组换え藻类が开発されていますが、実用化のためには生物多様性への影响がないように、自然环境中における増殖を制限したり、培养施设外では生存できないようにしたりする仕组みを导入することが强く求められます。
- 今回の研究により、研究グループがこれまでに开発していた亜リン酸注1）を利用したバイオセーフティ技术が微细藻类のモデルである蓝藻に有用であることが実証されました。
- 本手法の拡张性が実証されたことにより、実用化が期待されている他の微细藻类や、现在盛んに开発が进められているスマートセル注2）など様々な组换え微生物の安全性を高めるために利用されることが期待されます。
概要
広島大学大学院先端物质科学研究科の廣田隆一准教授、黒田章夫教授、本村圭研究員、東京農業大学バイオサイエンス学科の渡辺智准教授らの研究グループは、遺伝子組換え藻類の増殖を制限し、安全性を高めるバイオセーフティ技術を開発しました。
バイオ燃料や有用な化合物を作ることを目的として、様々な遗伝子组换えが施された微细藻类が作られていますが、実用化の课题として组换え体が生物多様性へ与える影响への悬念があります。この対策として、2017年3月、广田准教授らは、亜リン酸というリン化合物に微生物の増殖を完全に依存させ、组换え微生物の生存をコントロールする生物学的封じ込め技术注３）を开発しました。この方法は、非常に高い効果を示す他、大规模な培养にも対応できる経済性も兼ね备えているため、微细藻类への适用が期待されてきました。
今回の研究では、実际にこの封じ込め技术が微细藻类のモデルである蓝藻に适用可能であることを実証しました。本成果は、微细藻类以外にも现在国际的に开発が激化しているスマートセルへの适用も可能であり、医疗、农业、环境分野など遗伝子组换え微生物の新しい产业利用の形态を生み出すことが期待されます。
本研究は、科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業 先端的低炭素化技術開発（ALCA）、JSPS科研費16K14889の一環で行われました。
本研究成果は、米国科学誌「ACS Synthetic Biology」のオンライン速報版で公開されました。
2018年9月18日、本件について、キャンパス?イノベーションセンターにおいて记者説明会を行いました。
摆用语解説闭
注1) 亜リン酸
化学式贬3PO3で表される+3価の无机リン化合物。自然环境中では検出限界値以下であり、常温常圧では酸化されやすくリン酸となる。
注2) スマートセル
遗伝子组换え、ゲノム编集などにより、机能発现力を高めた细胞。スマートセルが関係する世界市场（発酵関连分野）は约2.5兆円（2013年、経产省调べ）。国内外でスマートセルの开発と产业利用への展开が急速に进展しており、経済?社会の新たな可能性を创造するバイオテクノロジーの基本システムとして注目されている。
注3) 生物学的封じ込め
遗伝子组换え生物が环境中に拡散することを防止するために採られる手法の１つ。特定の栄养源に依存する性质を遗伝的に与え、その物质が得られないと増殖できないようにする受动的なものや、特定の条件になると毒素を作り出し死灭するような能动的な封じ込め手法がある。组换え体を物理的に容器や设备内に闭じ込める物理的封じ込めとともに、安全性を确保するための手段として用いられる。
【関连记事】
ゲノム编集技术などによる遗伝子组换え微生物の利用の安全性を高める技术を开発～リンの代谢工学により组换え微生物の强力な封じ込めを可能に～
図1：リン代谢経路の改変による蓝藻封じ込め株の作製
亜リン酸依存性の付与には、(1)亜リン酸酸化酵素（笔迟虫顿）遗伝子の発现、(2)亜リン酸特异的输送体贬迟虫叠颁顿贰の机能的発现、(3)宿主の内在性リン酸输送体の同定と破壊が必要となる（左図）。蓝藻Synechococcus elongatus PCC 7942に本手法を適用した封じ込め株（写真右）は、環境中で得られるリン源であるリン酸は利用できず、亜リン酸添加時にのみ増殖が可能となった。
説明を行う广田准教授
论文情报
- 掲載雑誌: ACS Synthetic Biology
- 論文題目: “Synthetic Phosphorus Metabolic Pathway for Biosafety and Contamination Management of Cyanobacterial Cultivation”（リン代謝経路の改変による藍藻のバイオセーフティ技術と雑菌混入抑制）
- 著者: Kei Motomura, Kosuke Sano, Satoru Watanabe, Akihiro Kanbara, Abdel-Hady Gamal Nasser, Takeshi Ikeda, Takenori Ishida, Hisakage Funabashi, Akio Kuroda, and Ryuichi Hirota
- DOI: 10.1021/acssynbio.8b00199
【お问い合わせ先】
広島大学大学院先端物质科学研究科
准教授 广田 隆一
