遺伝的不安定性に起因する工業細菌の変性

Degeneration of industrial bacteria caused by genetic instability.

• Mengxue Peng
• Zhihong Liang

抄録

工業用細菌の発酵は、連続培養では生産形質が失われるという重大な問題に直面する。しかし、菌株の退化のメカニズムについては、現在の研究では十分な解明がなされておらず、退化を効果的に抑制する方法はほとんどありません。生育制限下では、発酵株の突然変異率が増加する。多くの細胞過程や発酵条件の悪さが、トランスポーズ可能要素の移植、SOS応答、RpoS制御された適応変異の引き金となり、遺伝的不安定性を引き起こす。点突然変異やゲノム再配列に起因する遺伝的不安定性は、菌株の変性の原因となり得る。本ミニレビューでは、一般的な工業用細菌の退化現象とそのメカニズムをまとめ、転座可能要素の転座、SOS応答、適応突然変異を含む3つの退化メカニズムを明らかにした。異なる突然変異メカニズムに応じて、工業用菌株の安定性と収量を高めるための多くの有望な戦略が提案されており、例えば、組換えプラスミドの安定性を高めるために挿入配列を持たないプラットフォーム株を開発する、SOS応答を阻害するためにSOS阻害剤を使用する、適応変異を減らすために環境耐性能力と発酵条件を改善するなどが挙げられています。

The fermentation of industrial bacteria encounters a serious problem in continuous culture, i.e. the production traits lose. However, current research on the mechanism of strain degeneration is not clear enough, and there are few methods to effectively control the degeneration. Under growth restriction, the mutation rate of fermentation strains increases. Many cellular processes and poor fermentation conditions can trigger the transposition of transposable elements, SOS response, and RpoS-controlled adaptive mutations, causing genetic instability. Genetic instability which resulted from point mutations and genomic rearrangements can be responsible for strain degeneration. This mini-review summarizes the degeneration phenomena and mechanisms in common industrial bacteria and highlights three mechanisms of strain degeneration, including the transposition of transposable elements, SOS response, and adaptive mutations. According to different mutation mechanisms, many promising strategies have been proposed to increase the stability and the yield of industrial strains, for example, developing platform strains free of insertion sequence to enhance the stability of recombinant plasmid, using SOS inhibitors to block the SOS response, and improving environmental tolerance capacity and fermentation conditions to reduce adaptive mutations.