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冨永 将大大学院科学技術イノベーション研究科 科学技術イノベーション専攻准教授
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■ 学位■ 研究ニュース
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■ 受賞■ 論文
- Microbial production of bicyclic monoterpenes is of great interest because their production primarily utilizes non-sustainable resources. Here, we report an engineered Saccharomyces cerevisiae yeast that produces bicyclic monoterpenes, including borneol, camphor, and bornyl acetate. The engineered yeast expresses a bornyl pyrophosphatase synthase from Salvia officinalis fused with mutated farnesyl pyrophosphate synthase from S. cerevisiae and two mevalonate pathway enzymes (an acetoacetyl-CoA thiolase/hydroxymethylglutaryl-CoA [HMG-CoA] reductase and an HMG-CoA synthase) from Enterococcus faecalis. The yeast produced up to 23.0 mg/L of borneol in shake-flask fermentation. By additionally expressing borneol dehydrogenase from Pseudomonas sp. TCU-HL1 or bornyl acetyltransferase from Wurfbainia villosa, the engineered yeast produced 23.5 mg/L of camphor and 21.1 mg/L of bornyl acetate, respectively. This is the first report of heterologous production of camphor and bornyl acetate.2025年06月, Metabolic engineering communications, 20, e00259, 英語, 国際誌研究論文（学術雑誌）
- 2024年12月, Nature Communications[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2024年11月, Journal of Bioscience and Bioengineering[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2024年05月
Abstract Increasing demand for biologics necessitates the rapid production of antibodies and their mimetics. Herein, we established a rapid workflow to develop a fermentation process for high-titer production of small antibodies using the yeast
Komagataella phaffii . We screened yeast strains with the optimal gene copy number of target proteins and applied them to a feedback-controlled, high-cell density fed-batch fermentation, and achieved high-titer production of small antibodies with titers 3–7 g/L. - BACKGROUND: Single-cell droplet microfluidics is an important platform for high-throughput analyses and screening because it provides an independent and compartmentalized microenvironment for reaction or cultivation by coencapsulating individual cells with various molecules in monodisperse microdroplets. In combination with microbial biosensors, this technology becomes a potent tool for the screening of mutant strains. In this study, we demonstrated that a genetically engineered yeast strain that can fluorescently sense agonist ligands via the heterologous expression of a human G-protein-coupled receptor (GPCR) and concurrently secrete candidate peptides is highly compatible with single-cell droplet microfluidic technology for the high-throughput screening of new agonistically active peptides. RESULTS: The water-in-oil microdroplets were generated using a flow-focusing microfluidic chip to encapsulate engineered yeast cells coexpressing a human GPCR [i.e., angiotensin II receptor type 1 (AGTR1)] and a secretory agonistic peptide [i.e., angiotensin II (Ang II)]. The single yeast cells cultured in the droplets were then observed under a microscope and analyzed using image processing incorporating machine learning techniques. The AGTR1-mediated signal transduction elicited by the self-secreted Ang II peptide was successfully detected via the expression of a fluorescent reporter in single-cell yeast droplet cultures. The system could also distinguish Ang II analog peptides with different agonistic activities. Notably, we further demonstrated that the microenvironment of the single-cell droplet culture enabled the detection of rarely existing positive (Ang II-secreting) yeast cells in the model mixed cell library, whereas the conventional batch-culture environment using a shake flask failed to do so. Thus, our approach provided compartmentalized microculture environments, which can prevent the diffusion, dilution, and cross-contamination of peptides secreted from individual single yeast cells for the easy identification of GPCR agonists. CONCLUSIONS: We established a droplet-based microfluidic platform that integrated an engineered yeast biosensor strain that concurrently expressed GPCR and self-secreted the agonistic peptides. This offers individually isolated microenvironments that allow the culture of single yeast cells secreting these peptides and gaging their signaling activities, for the high-throughput screening of agonistic peptides. Our platform base on yeast GPCR biosensors and droplet microfluidics will be widely applicable to metabolic engineering, environmental engineering, and drug discovery.2024年04月, Microbial cell factories, 23(1) (1), 104 - 104, 英語, 国際誌[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Flavonoids, a major group of secondary metabolites in plants, are promising for use as pharmaceuticals and food supplements due to their health-promoting biological activities. Industrial flavonoid production primarily depends on isolation from plants or organic synthesis, but neither is a cost-effective or sustainable process. In contrast, recombinant microorganisms have significant potential for the cost-effective, sustainable, environmentally friendly, and selective industrial production of flavonoids, making this an attractive alternative to plant-based production or chemical synthesis. Structurally and functionally diverse flavonoids are derived from flavanones such as naringenin, pinocembrin and eriodictyol, the major basic skeletons for flavonoids, by various modifications. The establishment of flavanone-producing microorganisms can therefore be used as a platform for producing various flavonoids. This review summarizes metabolic engineering and synthetic biology strategies for the microbial production of flavanones. In addition, we describe directed evolution strategies based on recently-developed high-throughput screening technologies for the further improvement of flavanone production. We also describe recent progress in the microbial production of structurally and functionally complicated flavonoids via the flavanone modifications. Strategies based on synthetic biology will aid more sophisticated and controlled microbial production of various flavonoids.Frontiers Media SA, 2022年07月, Frontiers in Chemical Engineering, 4[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- Fermentative production of squalene in yeast as an alternative approach to extracting squalene from sharks or plants has attracted significant interest. However, squalene accumulation is limited due to its inevitable high-flux allocation toward ergosterol synthesis. In this study, we described expression control of squalene monooxygenase (Erg1p), the first-step enzyme of ergosterol synthesis from squalene, to significantly reduce squalene loss. We replaced the ERG1 promoter (PERG1) with three natural yeast promoters with different activities (PPCL2, PHCM1, and PTHI2). ERG1 controlled by PTHI2 showed 20 times higher squalene production compared with the wild-type strain, whereas the other two strains exhibited no significant difference. By combining the overexpression of rate-limiting enzyme and the deletion of non-essential competing pathway gene, the yeast Saccharomyces cerevisiae produced up to 379 mg/L of squalene.2022年07月, Journal of bioscience and bioengineering, 134(1) (1), 1 - 6, 英語, 国内誌[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2022年04月, LIFE-BASEL, 12(4) (4), 英語[査読有り]
- We describe a novel expression cassette that enables efficient and constitutive expression of the ZZ domain derived from Staphylococcus aureus protein A on the yeast cell surface to easily prepare yeast-based immunosorbents. Using this expression cassette containing the PGK1 promoter, a secretion signal derived from α-factor, and a Flo1-derived anchor protein, we successfully created a yeast-based immunosorbent for human serum albumin.2021年12月, The Journal of general and applied microbiology, 67(6) (6), 265 - 268, 英語, 国内誌[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2021年03月, NATURE COMMUNICATIONS, 12(1) (1), 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2017年06月, ACS SYNTHETIC BIOLOGY, 6(6) (6), 928 - 935, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2016年11月, ACS SYNTHETIC BIOLOGY, 5(11) (11), 1201 - 1210, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2016年09月, Biotechnology for Biofuels, 9(1) (1), 188, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2015年03月, PLOS ONE, 10(3) (3), e0120243, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- 2015年03月, PLOS ONE, 10(3) (3), e0119818, 英語[査読有り]研究論文（学術雑誌）
- [京都] : 日本生物物理学会, 2024年06月, 生物物理 / 日本生物物理学会 編, 64(3) (3), 144 - 146, 日本語酵母における遺伝子スイッチ進化工学ワークフローの「ロバスト化」—Robust Evolutionary Engineering Platform for Yeast Genetic Switches
- 2023年, 日本生物工学会大会講演要旨集, 75thバクテリオファージ由来RNAポリメラーゼを利用した酵母遺伝子スイッチの開発
- 2023年, 日本生物工学会大会講演要旨集, 75th細胞選別能を有する機能性微小ハイドロゲルの創製
- 2023年, 日本農芸化学会関西支部講演会講演要旨集, 528thバクテリオファージ由来の転写系を利用した酵母遺伝子スイッチの構築
- 公益社団法人 日本生物工学会, 2022年04月25日, 生物工学会誌, 100(4) (4), 190 - 190, 日本語
- 2022年, 日本農芸化学会関西支部講演会講演要旨集, 523rdバクテリア転写因子CamRを用いたボルネオール生産酵母のスクリーニング系の構築
- 2020年, 日本農芸化学会関西支部講演会講演要旨集, 513th酵母におけるスクアレン生合成経路の改変および下流モノオキシゲナーゼの発現調節
- 2019年, 日本農芸化学会関西支部講演会講演要旨集, 511th新規な3機能性融合マーカーを用いた酵母遺伝子スイッチの組織的開発
- 2019年, 日本生物工学会大会講演要旨集, 71st陽性/陰性選択マーカーと蛍光タンパク質から成る3機能性新規融合タンパク質を用いた酵母遺伝子スイッチの開発
- 2019年, 日本農芸化学会大会講演要旨集(Web), 20197セグメントデコーダとして振る舞う単層遺伝子回路の進化デザイン
- 2019年, 日本農芸化学会関西支部講演会講演要旨集, 511th進化デザインによる新規テルペノイドセンサの開発
- 2015年, 日本農芸化学会大会講演要旨集(Web), 2015ゲノム連続組み換え手法を用いたイソプレノイド生産量の高い大腸菌株の作出
- 2014年, 日本ゲノム微生物学会年会要旨集, 8th選択カセットの再デザインと微生物ゲノムの連続編集への応用
- 2014年, 日本農芸化学会大会講演要旨集(Web), 2014Bet I変異体とT7RNAポリメラーゼを用いたコリン誘導系の開発
- 2014年, 日本農芸化学会大会講演要旨集(Web), 2014安定運転と弱毒化を指向したAutogeneの進化工学
- 2013年, 日本ゲノム微生物学会年会要旨集, 7th液体ハンドリングのみによって行う微生物ゲノムの連続編集
- 日本生物工学会, 2013年, 生物工学会誌 / 日本生物工学会 編, 91(6) (6), 333 - 336, 日本語代謝経路と制御ネットワークの組織的な進化工学技術(<特集>新しい資源の創出に向かって-合成生物工学の隆起-)—特集 新しい資源の創出に向かって : 合成生物工学の隆起
- 2012年, 日本農芸化学会大会講演要旨集(Web), 2012ヌクレオシドキナーゼを用いた微生物ゲノムの連続改変
- 日本生物工学会, 2011年08月25日, 日本生物工学会大会講演要旨集, 63, 176, 日本語2Ia14 クオラムセンサLuxRの進化工学とその高感度化メカニズム(生物化学工学,一般講演)
- 日本生物工学会, 2010年, 日本生物工学会大会講演要旨集, 22, 166 - 166, 日本語3P-2141 遺伝子回路を用いたべん毛フィラメント上への機能パターニング(6c バイオプロセス,一般演題,生物化学工学,伝統の技と先端科学技術の融合)
■ 講演・口頭発表等
- 神戸大学 研究基盤センター 若手フロンティア研究会2023, 2023年12月T7ファージ由来の転写系を利用した酵母遺伝子スイッチの開発
- The 34th International Symposium on Chemical Engineering (ISChE2023), 2023年12月Development of antibody binding protein-immobilized functional microhydrogels with cell sorting capability
- 日本農芸化学会関西支部第528回講演会, 2023年12月バクテリオファージ由来の転写系を利用した酵母遺伝子スイッチの構築
- 第3回神戸大学先端バイオ工学研究センター成果発表会, 2023年09月高発現性の酵母人工誘導プロモータの開発
- 第3回神戸大学先端バイオ工学研究センター成果発表会, 2023年09月バクテリオファージ由来転写系を利用した酵母遺伝子スイッチの開発
- 第75回日本生物工学会大会, 2023年09月細胞選別能を有する機能性微小ハイドロゲルの創製
- 第75回日本生物工学会大会, 2023年09月酵母の高発現性人工誘導プロモータの開発
- 第75回日本生物工学会大会, 2023年09月バクテリオファージ由来RNAポリメラーゼを利用した酵母遺伝子スイッチの開発口頭発表（一般）
- 第25回化学工学会学生発表会, 2023年03月メチロトローフ酵母を用いた異なる炭素源からの乳酸生産
- 日本農芸化学会関西支部 第523回講演会, 2022年12月バクテリア転写因子CamRを用いたボルネオール生産酵母のスクリーニング系の構築
- 第2回神戸大学先端バイオ工学研究センター成果発表会, 2022年10月植物由来テルペン合成酵素を用いたボルネオール生産酵母の開発
- 第2回神戸大学先端バイオ工学研究センター成果発表会, 2022年10月酵母におけるスクアレン生産の呈色評価系の構築
- 第1回神戸大学先端バイオ工学センター成果発表会, 2021年10月進化工学による酵母遺伝子スイッチの開発とテルペノイドセンサへの応用
- 日本農芸化学会関西支部第513回講演会, 2020年11月酵母におけるスクアレン生合成経路の改変および下流モノオキシゲナーゼの発現調節
- 日本農芸化学会関西支部 支部例会（第511回講演会）, 2019年12月新規な３機能性融合マーカーを用いた酵母遺伝子スイッチの組織的開発
- 日本農芸化学会関西支部 支部例会（第511回講演会）, 2019年12月進化デザインによる新規テルペノイドセンサの開発
- 第71回日本生物工学会大会, 2019年09月, 日本語, 岡山大学 津島キャンパス, 国内会議陽性/陰性選択マーカーと蛍光タンパク質から成る3機能性新規融合タンパク質を用いた酵母遺伝子スイッチの開発口頭発表（一般）
- 生物工学若手研究者の集い 夏のセミナー2019, 2019年07月, 日本語, 琵琶湖国定公園 近江白浜 政府登録旅館 白浜荘, 国内会議酵母を用いた癌標的膜タンパク質に対する相互作用阻害分子のスクリーニング系構築ポスター発表
- 日本農芸化学会2019年度大会, 2019年03月7セグメントデコーダとして振る舞う単層遺伝子回路の進化デザイン
- The 9th International Symposium of Innovative BioProduction Kobe (iBioK), 2018年02月Development of combinatorial gene assemble system and application to improvement of organic solvent tolerance in Escherichia coli
- 生物工学若手研究者の集い 夏のセミナー2017, 2017年07月酵母遺伝子スイッチの進化工学のためのON/OFF選抜法の開発
- 生物工学若手研究者の集い 夏のセミナー2017, 2017年07月酵母代謝改変のための遺伝子のノックダウン/ノックアウト法の開発
- Metabolic Engineering 11, 2016年06月, 英語, 国際会議Development of Selection Method for Directed Evolution of Genetic Switches in Saccharomyces Cerevisiaeポスター発表
- 日本生物工学会大会講演要旨集, 2011年08月, 日本語, 日本生物工学会2Ia14 クオラムセンサLuxRの進化工学とその高感度化メカニズム(生物化学工学,一般講演)
- 日本生物工学会大会講演要旨集, 2010年, 日本語, 日本生物工学会3P-2141 遺伝子回路を用いたべん毛フィラメント上への機能パターニング(6c バイオプロセス,一般演題,生物化学工学,伝統の技と先端科学技術の融合)
■ 産業財産権