Zymomonas mobilis ZM4のゲノムスケールの代謝ネットワーク解析は生理学的特徴を説明し、エタノールおよびコハク酸の生産戦略を提案します

Zymomonas mobilis ZM4は、エントナー・ダウドロフ経路を介して、グルコース、フルクトース、スクロースなどのさまざまな炭素基質からエタノールを効率的に生産できるグラム陰性細菌です。しかし、産業用途のためにその代謝性能をさらに向上させるためには、系統的な代謝工学が必要です。この目標に向けた重要なステップとして、Z. mobilisのゲノムスケール代謝モデルが、さまざまな遺伝子型および環境条件下でこの細菌の代謝特性をin silicoで体系的に分析するために必要です。Z. mobilis ZM4のゲノムスケール代謝モデルZmoMBEL601は、その注釈が付けられた遺伝子、文献、生理的および生化学的データベースに基づいて再構築されました。この代謝モデルは、579種類の代謝物および601の代謝反応（571の生化学的転換および30の輸送反応）で構成されており、既存の知識を幅広く検索して構築されました。その後、Z. mobilisの生理的特徴は、制約ベースのフラックス分析を用いて詳細に調査されました。まず、Z. mobilisが嫌気性から好気性環境（すなわち、好気性転換）に移行する際の生理的変化が調査されました。次に、代謝物を通じてのすべての流入または流出フラックスのクラスターであるフラックス和の強度と、Z. mobilisおよび大腸菌のエタノールの最大in silico収率が比較および分析されました。さらに、代謝経路を導入してZ. mobilisがペントース糖を利用できるようにすることで、Z. mobilisの基質利用範囲が拡大されました。最後に、コハク酸を効率的に生産するための戦略を設計する目的で、ダブル遺伝子ノックアウトシミュレーションが実施され、Z. mobilisのゲノムスケール代謝モデルの別の適用例が示されました。本研究で再構築されたゲノムスケール代謝モデルは、実験および文献情報によって検証され、さまざまな条件下でのZ. mobilisの代謝特性を成功裏に表現することができました。この再構築された代謝モデルは、Z. mobilisの代謝をより理解し、さまざまなバイオテクノロジーの用途のための代謝工学戦略を設計することを可能にします。