工学的に設計された「膜のないオルガネラ」がCorynebacteriumにおける生産性を向上(Engineered Membraneless Organelles Boost Bioproduction in Corynebacterium glutamicum)

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2025-09-02 中国科学院(CAS)

中国科学院・合肥物質科学研究院の研究チームは、食品グレードの産業菌株 Corynebacterium glutamicum 内に、液‐液相分離(LLPS)を利用した膜のないオルガネラ(MLO)を人工的に構築した。酵素と基質を動的に隔離するこの仕組みにより、代謝効率が向上し、モデル産物インジゴジンの生産量は2.43倍に増加した。また、宿主細胞に毒性を示す抗菌ペプチド(メリチン、ラクトフェリシンB)をMLO内に空間分離することで毒性を軽減し、発現を可能にした。これらの成果は、低収率や高毒性といった産業発酵の主要課題を克服する新戦略となり、LLPS技術が工業バイオテクノロジーにおける代謝経路最適化の有力手段であることを示した。

工学的に設計された「膜のないオルガネラ」がCorynebacteriumにおける生産性を向上(Engineered Membraneless Organelles Boost Bioproduction in Corynebacterium glutamicum)
Schematic diagram of LLPS-mediated functional membraneless organelles (Image by SUN Manman)

<関連情報>

コリネバクテリウム・グルタミカムにおける膜なし細胞小器官の改変によるインジゴイジン生合成と抗菌ペプチド生産の強化 Engineered membraneless organelles in Corynebacterium glutamicum for enhanced indigoidine biosynthesis and antimicrobial peptide production

Manman Sun, Yimeng Zhao, Rodrigo Ledesma-Amaro, Jin Gao, Xiuxia Liu, Zhonghu Bai, Alex Xiong Gao, Peng Wang
Synthetic and Systems Biotechnology  Available online: 5 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1016/j.synbio.2025.08.001

Abstract

Liquid-liquid phase separation (LLPS)-driven membraneless organelles (MLOs) have been employed to enhance metabolic efficiency in various microbial cell factories. However, their application in the industrial bacterium Corynebacterium glutamicum has not been explored. Here, we report the formation of liquid protein condensates in C. glutamicum using the RGG domain of Caenorhabditis elegans LAF-1. We optimized conditions for condensate formation, including the pre-induction period, inducer concentration, and cultivation temperature. Using the indigoidine biosynthesis pathway as a model, we demonstrated that LLPS-mediated MLOs enhanced indigoidine production. Furthermore, we applied these MLOs to modulate the toxicity of antimicrobial peptides (AMPs) to host cells, facilitating the expression of AMPs, including melittin and lactoferricin B. These findings provide insights into MLOs engineering in C. glutamicum and suggest broader applications of LLPS-mediated systems in industrial biotechnology.

生物工学一般
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