CO2の有価物への変換：シアノバクテリアにおけるPirC-PGAMスイッチの工学的制御による炭素フラックスの方向付け

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Provides a novel molecular tool for cyanobacterial metabolic engineering to redirect carbon flux towards high-value products.

🏛政策担当者:Highlights the potential of biological CCUS as a complementary decarbonization pathway, relevant for innovation policy.

背景：この点において、シアノバクテリアは有望な生体触媒として浮上している。シアノバクテリアの合理的な代謝工学は、一次代謝を制御する調節機構の徹底的な理解に依存している。なぜなら、特定の経路を通る天然の代謝フラックス、ひいては標的産物の生成が制限され得るからである。最近の知見により、2,3-ビスホスホグリセリン酸非依存性ホスホグリセリン酸ムターゼ（PGAM）反応における重要な調節ノードが特定され、そこでは新たに固定された炭素からの代謝フラックスがカルビン・ベンソン・バッサム（CBB）回路から解糖系下流へと転換される。この代謝バルブは、小さな阻害タンパク質PirCによって制御され、そのPGAMへの結合は中心的なシグナル伝達タンパク質PIIによって決定される。結果：本研究では、モデルシアノバクテリアであるSynechocystis sp. PCC 6803（シネコシスティス）において、PirC-PGAM相互作用を調節的代謝工学の新規標的として利用する。PGAMの制御を工学的手法で改変したシャーシ株は、PGAM-ONまたはPGAM-OFF状態として定義され、2つの相補的アプローチ、すなわちpgam遺伝子発現の調節とPirC存在量の調節によるPGAM活性の制御を用いて作製された。この調節工学戦略の有効性は、2つの代表的な天然産物、すなわちカルビン・ベンソン・バッサム（CBB）回路によって供給される糖新生を介して生成されるスクロースと、トリカルボン酸（TCA）回路の中間体であるコハク酸へ炭素フラックスを転換することによって実証された。PGAMバルブを狭めることで、スクロース蓄積が3倍増加した。対照的に、pirC欠失または別個のpgam過剰発現によるPGAM阻害の解除によってPGAMバルブを開くことで、コハク酸排出が最大18倍増加した。さらに、同様の遺伝子構成を、ピルビン酸由来の異種化合物であるイソプレンの生産向上に適用した。結論：本研究は、PGAMバルブをシネコシスティスにおける炭素フラックスの合理的再配分のための調整可能な制御点として確立し、小さな調節タンパク質が代謝工学の強力な標的であることを強調する。これらの知見は、シアノバクテリアにおける高度な分子工学と、将来の光合成駆動型バイオテクノロジー応用におけるそれらの生体触媒能を完全に活用するための概念実証を提供する。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

BACKGROUND: neutrality and in this regard, cyanobacteria have emerged as promising biocatalysts. Rational metabolic engineering of cyanobacteria depends on a thorough understanding of regulatory mechanisms governing primary metabolism, because native metabolic flux through specific pathways and, consequently, the formation of target products can be limited. Recent insights have identified a key regulatory node at the 2,3-bisphosphogylcerate-independent phosphoglycerate mutase (PGAM) reaction, where the metabolic flux from newly fixed carbon is redirected from the Calvin-Benson-Bassham (CBB) cycle towards lower glycolysis. This metabolic valve is controlled by the small inhibitor protein PirC, whose binding to PGAM is determined by the central signal transduction protein PII. RESULTS: In this study, we exploit the PirC-PGAM interaction as a novel target for regulatory metabolic engineering in the model cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 (Synechocystis). Chassis strains with engineered control of PGAM, defined as PGAM-ON or PGAM-OFF states, were generated using two complementary approaches: tuning pgam gene expression and modulating PirC abundance to regulate PGAM activity. The effectiveness of this regulatory engineering strategy was demonstrated by redirecting carbon flux toward two representative, naturally occurring products: sucrose, produced via gluconeogenesis fueled by the Calvin-Benson-Bassham (CBB) cycle, and succinate, an intermediate of the tricarboxylic acid (TCA) cycle. Narrowing the PGAM valve resulted in a threefold increase in sucrose accumulation. In contrast, opening the PGAM valve by relieving PGAM inhibition through pirC deletion or separate pgam overexpression resulted in up to an 18-fold increase in succinate excretion. Furthermore, similar genetic configurations were applied to enhance production of a heterologous compound, isoprene, derived from pyruvate. CONCLUSIONS: This study establishes the PGAM valve as a tunable control point for the rational re-direction of carbon flux in Synechocystis and highlights small regulatory proteins as powerful targets for metabolic engineering. Together, these findings provide proof of concept for an advanced level of molecular engineering in cyanobacteria and to fully harness their biocatalytic potential in future photosynthesis-driven biotechnological applications.

• openalex https://doi.org/10.1186/s12934-026-03033-7first seen 2026-06-17 05:50:44 · last seen 2026-06-17 07:14:11