Research Abstract


我々は、選択した酵素群を使用して目的に合わせた生合成経路を構築し、簡単な炭素源から植物アルカロイドを得るための大腸菌(Escherichia coli)発酵系を開発した。

A bacterial platform for fermentative production of plant alkaloids

2011年5月24日 Nature Communications 2 : 326 doi: 10.1038/ncomms1327

高等植物の二次代謝産物には、アルカロイド類、イソプレノイド類やフェノール性化合物(フェニルプロパノイドやフラボノイド)などの多様な化学物質が含ま れる。このような化合物はヒトの健康や栄養摂取のために広く使われており、主に植物からの抽出によって得られている。しかし、これらの代謝産物のほとんど は植物細胞中にわずかしか蓄積されず、抽出収率は低い。合成生物学および代謝工学の最近の進歩により、目的の植物二次代謝産物を微生物を使って産生させる ことが可能になっているが、このような方法には高価な基質の添加を必要とすることが多い。我々は、選択した酵素群を使用して目的に合わせた生合成経路を構 築し、簡単な炭素源から植物アルカロイドを得るための大腸菌(Escherichia coli)発酵系を開発した。この系では、特別な基質添加なしで、植物ベンジルイソキノリンアルカロイドである(S)-レチクリンを、培地1リットルあたり46.0 mgの収率で産生する。この発酵プラットフォームを使うことで、多様なアルカロイドを低価格で生産できると考えられる。

中川 明1,南 博道1,Ju-Sung Kim1*,小栁 喬1,片山高嶺1,佐藤文彦2 & 熊谷英彦1

  1. 石川県立大学 生物資源工学研究所
  2. 京都大学大学院生命科学研究科
The secondary metabolites of higher plants include diverse chemicals, such as alkaloids, isoprenoids and phenolic compounds (phenylpropanoids and flavonoids). Although these compounds are widely used in human health and nutrition, at present they are mainly obtained by extraction from plants and extraction yields are low because most of these metabolites accumulate at low levels in plant cells. Recent advances in synthetic biology and metabolic engineering have enabled tailored production of plant secondary metabolites in microorganisms, but these methods often require the addition of expensive substrates. Here we develop an Escherichia coli fermentation system that yields plant alkaloids from simple carbon sources, using selected enzymes to construct a tailor-made biosynthetic pathway. In this system, engineered cells cultured in growth medium without additional substrates produce the plant benzylisoquinoline alkaloid, (S)-reticuline (yield, 46.0 mgl−1 culture medium). The fermentation platform described here offers opportunities for low-cost production of many diverse alkaloids.