研究紹介

Team1 バイオものづくりのための基盤機能を備えたベーシックセルの創出

サブチーム1リーダー

神戸大学教授
蓮沼誠久

C1化合物資化ベーシックセルの開発（大阪大学・戸谷吉博）詳細

概要

C1化合物資化経路を大腸菌に導入し、C1化合物を高速に取り込み、細胞や目的物質に変換するベーシックセルを構築

優位性・革新性

増殖期と生産期を切り替える新規な経路デザインと補助炭素源の利用により、C1化合物を高効率に目的物質に変換

芳香族や燃料を高生産する大腸菌ベーシックセルの開発（神戸大学・番場崇弘）詳細

概要

「10数遺伝子の発現バランス多様化ライブラリ構築技術」を開発し、代謝制御メカニズムの解析と物質生産株への応用を行う。

優位性・革新性

化学量論に基づく代謝モデルでは設計困難な遺伝子発現のバランス最適化を達成でき、優良株の育種期間を大幅に短縮できる。

高密度培養下での物質生産に資する超・高速殖菌体の開発（神戸大学・森裕太郎、荻野千秋、広島大学・加藤節）詳細

概要

通気酸素濃度を段階的に下げる人工進化実験とストレス耐性改変により高密度かつ高速に増殖可能な形質を持った株をバイオプロセス側から開発

優位性・革新性

人工進化実験と細胞生物学的アプローチから増殖強化因子特定、合埋的改変技術による機能強化。物質生産株の宿主を問わない基盤技術を構築

高効率炭素固定を実現するラン藻ベーシックセルの開発（神戸大学・蓮沼誠久、田中謙也）詳細

概要

ラン藻においてSource（生命活動に必要なエネルギーの生成）とSink（同エネルギーの消費)を交互に増大させ、超高増殖能を有する株構築を行う

優位性・革新性

これまでSourceとSinkは別々に代謝工学されてきた。それらを組み合わせることで、飛躍的に増殖能を高速化させる

脱炭素に特化したコリネ菌ベーシックセルの開発（金沢大学・柘植陽太）詳細

概要

アジピン酸を高生産するコリネ菌株を開発し、CO₂固定化能を付与して進化促進することでCO₂からナイロン原料生産を実現する

優位性・革新性

様々な有用化合物の生産宿主として利用できるコリネ菌にCO₂固定能を装備することで脱炭素型の汎用性宿主を開発する

高代謝・高耐性酵母の開発（京都工芸繊維大学・黒田浩一、大阪公立大学・山田亮祐）詳細

概要

有機酸や直鎖・分岐鎖アルコールの生産性や耐性が向上した酵母を作製し、その生産性や耐性が向上したメカニズムを明らかにする。

優位性・革新性

独自技術により酵母に高い生産性や耐性を付与する。さらにそのメカニズムを明らかにし、その知見を他のベーシックセル開発に活用する。

Team2 バイオものづくりのための有用微生物の探索と機能開拓

サブチーム2リーダー

大阪大学教授
本田孝祐

CO₂電気固定のための微生物由来酵素の機能開発（京都大学・宋和慶盛）詳細

概要

微生物由来のギ酸脱水素酵素による生物電気化学的CO₂固定技術を用いて、CO₂のその場資源化技術の確立を目指す

優位性・革新性

無機触媒の３倍以上のエネルギー変換効率でのCO₂資源化を実現し、CO₂電気固定産物であるギ酸を起点とする物質生産の上流技術として貢献する

海洋環境ゲノムの開発（海洋研究開発機構・布浦拓郎）詳細

概要

海洋環境ゲノムデータベースを構築し、CO₂固定から物質生産まで、シーズに合致した新規遺伝子資源のデータマイニングを実施

優位性・革新性

世界でも類を見ない深海を中心とした海洋環境ゲノムデータベースを構築し，代謝設計に資する新規酵素遺伝子・代謝経路を呈示

CO₂電気固定のための紅色非硫黄細菌の探索と宿主化（神戸大学・田中謙也）詳細

概要

電極を唯一の電子源とした環境で光合成をおこなう紅色非硫黄細菌株を単離し、電子利用効率ひいては光合成活性の高い株を選定

優位性・革新性

電気化学スクリーニングによる合理的株選択によって、これまでのモデル株よりも光合成効率の高い物質宿主を見出す

バイオマス資源からの有用物質生産のための次世代酵母資源の探索と機能開発
（大阪大学・清家泰介、松田史生、京都大学・白石晃将）詳細

概要

野生酵母株のライブラリを拡充しつつ、糖資化能・ストレス耐性能が高く、植物バイオマス増産に資する次世代物質生産酵母の探索と機能開発を行う

優位性・革新性

独自のライブラリから有用酵母を選抜し、代謝解析と遺伝子改変などにより工業および農業的に優れた株を開発できる

好熱菌宿主化の探索と機能開拓（大阪大学・本田孝祐、宮崎健太郎）詳細

概要

高速・高密度培養が可能な好熱菌Thermus thermophilusをプラットフォームとした高温での物質生産バイオプロセスのための工業用宿主の開発を行う

優位性・革新性

世界随一のThermus thermophilus菌株コレクションの保有・ゲノム解析実績

雑食性微生物を用いた物質生産のプラットフォーム開発（名古屋大学・堀克敏）詳細

概要

炭化水素や油脂を資化可能な雑食性Acinetobacter sp. ToI 5株の機能を開拓、多様な炭素源から有用物質を高効率で生産可能な細菌株プラットフォームを構築

優位性・革新性

ToI 5は、雑食性に加え、大腸菌並みに増殖が速く、高いバイオフィルム形成能も有することから、超効率的な生産プロセスの開拓が可能な独自株

バイオものづくりのための枯草菌の宿主化（神戸大学・石川周）詳細

概要

商業的生産に広く使われている枯草菌の弱点（好気発酵、副産物の生成）を解決し、枯草菌のポテンシャルを引出す技術開発と統合を行い、社会実装を目指す

優位性・革新性

独自開発の「繊維状化細胞」、「オーバーフローセンサー」を活用した技術開発

遊離脂肪酸生産性真核微生物の探索（京都大学・安藤晃規）詳細

概要

遊離脂肪酸蓄積性微生物の探索・解析・形質転換系の確立、分子育種によるバルクケミカル化合物の大量生産株の構築を行う

優位性・革新性

遊離脂肪酸蓄積性真核微生物による細胞毒性の解除、蓄積脂肪酸を基質とする多様な分子種の作り分けを実現し大幅なコストの低減が可能

Team3 バイオものづくりのための次世代DBTL技術開発

サブチーム3リーダー

大阪大学教授
松田史生

直交リボソームによる大腸菌の二刀流化（大阪大学・青木航）詳細

概要

直交リボソームを応用し、増殖／生産の代謝スイッチングが可能な二刀流大腸菌ベーシックセルを樹立する

優位性・革新性

二刀流大腸菌は、所望のプロダクトを超高効率に生産可能な、合成生物学における革新的シャーシ株として活躍すると期待される

新型代謝トグルスイッチによる大腸菌の二刀流化（九州大学・花井泰三）詳細

概要

増殖に適した代謝状態から、物質生産に適した状態に変更する
新型代謝トグルスイッチの構築と最適化を行い、生産性を向上させる

優位性・革新性

Test・Learnユニットと共同し、維持エネルギーを考慮しながら、増殖関連酵素の発現抑制を生産に最適なレベルに制御する点で優位性がある

酵母直交代謝制御技術の開発と二刀流化（神戸大学・石井純）詳細

概要

酵母の遺伝子スイッチを応用して、増殖/生産の代謝切替えが可能な二刀流酵母細胞を開発する

優位性・革新性

独自の酵母遺伝子スイッチにより転写レベルでの緻密な代謝切替えが可能。酵母バイオものづくり基盤となる二段階プロセスデザインを実現する

光スイッチによる物質生産プラットフォームの開発（東京大学・佐藤守敏）詳細

概要

光スイッチ技術を導入した物質生産プラットフォームの技術基盤を確立するとともに、有用物質の生産菌での概念実証を実施

優位性・革新性

化合物ではなく、物埋的エネルギーである光でのスイッチ技術を導入することで、工業スケールに拡大可能な物質生産プラットフォームを開発

翻訳されやすいタンパク質の設計技術開発（名古屋大学・加藤晃代）詳細

概要

新生鎖による翻訳促進（アレスト解除）・翻訳アレストに着目し、翻訳されやすい配列の設計技術を開発する。

優位性・革新性

新概念により翻訳されやすいタンパク質設計が可能となり、合成生物学・バイオものづくり全般を支えるタンパク質生産効率化に貢献

バイオものづくりのためのmRNA深層生成モデル（東京電機大学・佐藤健吾）詳細

概要

深層生成モデルによってmRNA配列設計を精密化し、高性能かつ多様なmRNAを設計する

優位性・革新性

大規模な公共データによる事前学習と少量の追加データによるファインチューニングによってDBTLサイクルのボトルネックを解消する

再構成代謝経路を用いた代謝フラックスの迅速プロトタイピング（大阪大学・本田孝祐）詳細

概要

酵素種や量の組み合わせを変化させた多数のバリアント経路を細胞外で構築、それらの並列アッセイにて代謝フラックスのプロトタイピングと最適化を行う

優位性・革新性

Test・Learnユニットと共同し、各酵素の速度パラメーターを取得。経路の最過化にとどまらず、代謝速度データ基盤構築などにも貢献

二重人格細胞作出のための大規模ゲノム編集ツールの開発（神戸大学・西田敬二）詳細

概要

微生物ゲノム中の多数の標的遺伝子の配列変換を同時かつ連続的に行える手法を確立し、微生物の遺伝子発現フェーズの大規模な切り替えを可能とする

優位性・革新性

ゲノム中の多数の標的遺伝子を精密かつ自在に書き換える汎用的な技術は存在していない

超高速・汎用型自動育種システム開発（神戸大学・那須野亮、産業技術総合研究所・堀之内貴明）詳細

概要

既存の自動育種システムの並列化による高速化と、ゲノム編集技術への適用に取り組む。難形質転換微生物の形質転換方法の簡略化と自動化も進める

優位性・革新性

Buildのハイスループット化によりDBTLサイクルを効率的に回転・高度化させるとともに、汎用化により幅広い菌種への適応が可能となる

ハイスループット質量分析による代謝情報計測（大阪大学・岡橋伸幸）詳細

概要

酵素種や量の組み合わせを変化させた多数のin vitroバリアント経路の代謝物高速分析技術を開発し、代謝フラックスのプロトタイピングと最適化を行う

優位性・革新性

Build・Learnユニットと共同し、各酵素の速度パラメーターを取得。経路の最適化にとどまらず、代謝速度データ基盤構築などにも貢献

並列化電気化学測定による代謝フラックス解析（物質材料研究機構・岡本章玄）詳細

概要

リアルタイムに代謝フラックスが評価可能な電気化学系を開発、その技術とゲノムスケール代謝モデルを組み合わせることで代謝経路の網羅的評価を行う

優位性・革新性

世界トップの超並列電気化学計測と微生物発電解析の技術を軸に、さらなる計測系の高度化とデータ駆動型代謝フラックス評価法を確立

代謝反応の理解のための動的モデル作成（東京大学・姫岡優介）詳細

概要

実験データを入力すると、代謝動力学モデルが自動的に作成されるソフトウェアを開発。再構成系ダイナミクスの理解、実験班へのフィードバックを行う

優位性・革新性

Testユニットと共同し、過去にないサイズ(>10,000)の実験データからソフトウェアを開発。定常状態に限らずダイナミクスのモデル化も可能

細胞内外における代謝反応の定量的理解（大阪公立大学・三浦夏子）詳細

概要

細胞内外で酵素集合体を構築・比較することで細胞内反応に特徴的な「生命らしさ」とは何かを追及し、目的物質の生産に特化した酵素集合体の構築に繋げる

優位性・革新性

Build・Learnユニットと共同し、独自の酵素集合体解析基盤を利用して細胞内外における酵素集合体の代謝フラックス調整効果を網羅的に検証

配列・機能相関学習による酵素育種
（大阪大学・二井手哲平、神戸大学・竹田弘法、東京大学・坪山幸太郎）詳細

概要

タンパク質の配列・構造と、その機能評価を学習データとした機械学習により、酵素やトランスポーターの機能を合理的に改変するプロセス構築を実施する

優位性・革新性

酵素の配列×機能データを標準化した形で集積し、機械学習による代謝酵素設計のためのデータベース化と特徴量抽出による酵素設計の一般化

Team4 ELSI（倫理的・法的・社会的課題）

東京大学特任准教授
松尾真紀子

ELSI（倫理的・法的・社会的課題）（東京大学・松尾真紀子）詳細

概要

国際的な政策動向やELSIについて調査研究し、開発チーム・グループに還元して議論する。バイオものづくりの研究開発コミュニティが取り組むべきELSIの活動について提言する

優位性・革新性

研究の成果が、日本では実践事例が乏しい、研究開発者によるELSIの検討とRRIに寄与するという点で、革新的かつ進歩的な取り組みといえる

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