光誘導による微生物回収技術の開発に成功

February, 18, 2016, 東京--東京農工大学 大学院工学研究院 生命機能科学部門・グローバルイノベーション研究機構の早出 広司教授は、大腸菌に対して、特定の波長の光を照射することにより細胞を凝集させ、沈殿回収する技術の開発に成功した。
　大腸菌などの遺伝子組換え生物による有用物質の生産は、バイオ医薬品をはじめ、その重要性がますます高まっている。特に、バイオエネルギー関連化合物の生産では、遺伝子組換え菌体を効率的に回収する技術の開発が、それらのバイオプロセスを実用化する上での鍵とされている。
　研究グループは、藻類であるシアノバクテリアが有する、緑色光に反応して遺伝子の発現を制御する緑色光センシング機能を大腸菌に組みこんだ。この緑色光センシング機能を用いて、緑色光を照射して細胞凝集タンパク質の一種を大腸菌の表層に発現させることで、大腸菌を自己凝集させ、容易に菌体を回収することに成功した。
　この技術は、有用物質を生産させた菌体の回収を容易にするものであり、大腸菌をはじめとしたさまざまな微生物を用いた新しいバイオプロセスの研究開発がさらに加速すると期待される。
　研究グループはこれまでにJST CRESTのプロジェクトにおいて、緑色光の照射によって遺伝子の発現を制御するシステムの開発に成功している。このシステムは、シアノバクテリアが特定の色の光を認識し、それに基づいて遺伝子の発現を制御する緑色光センシング機能を用いたもので、緑色光を感知するセンサタンパク質、センサタンパク質からのシグナルを受け取って活性化する転写因子、活性化した転写因子によって活性化されるプロモーターからなる。このシステムを用いて、細胞凝集タンパク質の一種である大腸菌由来Antigen43を大腸菌内で組換え発現させた。
　培養液に緑色光を照射すると、緑色光センシング機能によって、遺伝子組換えで導入したAntigen43遺伝子が発現したことが確認された。これにより生産されたAntigen43タンパク質は、大腸菌細胞の表面に輸送され、お互いを認識して結合する。このため大腸菌が自己凝集をおこして沈殿し、培養液を放置するだけで簡単に菌体を回収できるようになった。一方、培養液に赤色光を照射した場合は、このような菌体の凝集、沈殿は起こらなかった。
　合成生物学的アプローチを駆使することにより、特定の色の光を照射するだけで微生物を回収する技術の開発に世界ではじめて成功した。
　研究成果は、組換えDNA技術によって全く新しい機能を有する生物を設計、構築する「合成生物学」の考え方をベースにしている。大腸菌は原核生物のモデル生物として用いられる生物でもあることから、今回実現に成功した、特定の色の光を当てるだけで菌体が自己凝集するというこの機能、考え方を、シアノバクテリアをはじめとする有用物質を生産する微生物に応用することで、簡単かつ省エネルギーな細胞回収機能を備えた新しいバイオプロセスの開発が急速に進展すると期待される。
(詳細は、www.jst.go.jp)