産業用微生物における遺伝子発現を高める新たな遺伝学的手法を開発(New Genetic Strategy Boosts Gene Expression in Industrial Microbe)

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2026-07-14 合肥物質科学研究院(HFIPS)

中国科学院合肥物質科学研究院のWANG Peng研究員らの研究グループは、工業微生物である**Corynebacterium glutamicum(グルタミン酸菌)**における遺伝子発現の再現性と効率を向上させる新たな遺伝子設計手法「5′-end translationalization」を開発した。従来、5′非翻訳領域(5′UTR)は主に発現制御配列として扱われてきたが、本研究ではこれを翻訳制御に積極的に利用する機能要素として再設計し、周辺DNA配列の影響を受けにくい安定した発現システムを構築した。さらに、ポリシストロニック設計モジュールを組み合わせることでタンパク質生産性を一層向上させ、組換えワクチン抗原OmlAの生産量を4.07倍、天然食用色素インジゴイジンの生産量を7.33倍に高めた。この手法は大腸菌でも有効性が確認され、合成生物学や微生物によるタンパク質・食品素材・高付加価値バイオ製品の効率的な生産基盤として幅広い応用が期待される。

産業用微生物における遺伝子発現を高める新たな遺伝学的手法を開発(New Genetic Strategy Boosts Gene Expression in Industrial Microbe)

Leaderless polycistronic designs (PCDs) (Image by SUN Manman)

<関連情報>

5′末端翻訳:食品グレード細菌コリネバクテリウム・グルタミカムにおけるコンテキスト非依存的発現のためのリーダーレスポリシストロン増幅産物の反復アセンブリ 5′-End Translationalization: Iterative Assembly of Leaderless Polycistronic Amplifiers for Context-Independent Expression in the Food-Grade Bacterium Corynebacterium glutamicum

Manman Sun,Bin Ye,Yimeng Zhao,Rodrigo Ledesma-Amaro,Farkhod Eshboev,Alex Xiong Gao,and Peng Wang

Journal of Agricultural and Food Chemistry  Published: June 17, 2026

DOI:https://doi.org/10.1021/acs.jafc.6c05362

Abstract

Corynebacterium glutamicum is a crucial food-grade (GRAS) bacterial chassis widely utilized for the industrial production of amino acids and nutraceuticals. However, the efficient production of recombinant proteins and secondary metabolites in this host remains limited by context dependence and low translational efficiency. To overcome this, we introduce a 5′-end translationalization strategy. By repurposing passive 5′ untranslated regions (5′UTRs) into actively translated fore-cistrons, we converted conventional monocistronic designs into context-independent, leaderless polycistronic designs (PCDs). This assembly of concatenated fore-cistrons functions as a translational amplifier, largely decoupling protein output from mRNA abundance. We validated this platform by optimizing two biomanufacturing paradigms: achieving a 4.07-fold enhanced secretion of OmlA, a porcine vaccine antigen, and boosting biosynthesis of the food-grade pigment indigoidine to 1.20 g/L (a 7.33-fold increase over baselines). Together, this framework establishes a versatile, portable toolkit to overcome translational bottlenecks, enabling robust hyperproduction of recombinant proteins and engineered metabolites in biotechnology.

細胞遺伝子工学
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