10 二酸化炭素を食べる大腸菌

【論文タイトル】Conversion of Escherichia coli to Generate All Biomass Carbon from CO2

【著者】Gleizer et. al.

【年】November 2019

【ジャーナル】Cell

そういえば、少し前に話題になった論文をまだ読んでいなかったと思って、

本日はCell誌より出されたこちらの論文を読んでいこうと思います。

Conversion of Escherichia coli to Generate All Biomass Carbon from CO2 – ScienceDirect

大腸菌 (Escherichia coli) を完全独立栄養にした」という論文です。

この研究成果のインパクトは大きく、すでに様々なニュースやブログ記事にまとめられていました。(ツイート数はなんと2,000以上!)

実は初めてこの話を聞いたとき、私は

「それってまだされてなかったんだ」と思いました。

(私が無学なだけですが・・・)

 E. coli の研究は、微生物学の中でも最も盛んな分野なので、

独立栄養のE. coliをつくろうと思った人は今までにもいたとは思います(たぶん)。

しかし、今回達成された

CO2のみから生合成を行う系をつくるというのはかなりハードルが高く、

今まで誰も成功させることができていなかったようです。

では、筆者らはどうやってそれを達成したのでしょか?

私は筆者らが特に優れていたと感じるポイントは

1. 還元力とエネルギーを考慮した、すぐれた代謝デザイン

2. adaptive laboratory evolution (ALE) 

であると考えました。

 還元力とエネルギーを考慮した、すぐれた代謝デザイン

これについてですが、in vivoで代謝工学を行う際には注意しなければいけない点ですね。

還元力(電子)エネルギー (ATP)炭素源

を獲得できる代謝系でなければ、生物は生きることができません。

筆者らの系では、

ギ酸を電子供与体として好気呼吸鎖でエネルギー獲得を行いカルビンベンソン回路で炭素固定を行い生合成する

という代謝系を構築することで、E. coliが完全独立栄養的に増殖可能になると考えました。

そのために、ギ酸デヒドロゲナーゼ、ルビスコ、ホスホリブロキナーゼをE. coliで異種発現しました。

そして、E. coliが元々有する2つの酵素をノックアウトし、CO2から炭素を獲得しやすくなるようにしました。

しかし、それだけでは完全独立栄養にはならなかったのです。

そこでポイントの2つ目です。

adaptive laboratory evolution (ALE) を行った

ALEとは、ある条件下で菌の継代を繰り返すことで、菌を適応進化させることを言います。

著者らは、古来の炭素源であったキシロースの量を徐々に減らすことで

E.coliを完全独立栄養にしました。

実に1年以上の継代を重ねた結果、

E. coliはCO2から全ての生合成を行い、尚且つ安定して増殖するようになりました。

CO2で生きるE. coliをつくったというのは、なんとも面白いですよね。

遺伝子工学や合成生物学にとって、ひとつの重要な成果であることには間違いなさそうです。

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