大腸菌を使ったアミロイド繊維産生プラットフォーム［信州大学・基盤研究支援センター］

Curli（カーリ、Curli フィンブリエ）は、大腸菌やサルモネラ菌などのグラム陰性菌が細胞外に産生するタンパク質線維で、極めて高い物理的堅牢性を持つ機能性アミロイドの一種です。主要サブユニット CsgA がペリプラズムを経て細胞外に輸送され、CsgB を核として自己組織化しアミロイド線維を形成します。バイオフィルムの主要構成成分として、細菌の表面接着や凝集に重要な役割を果たしています。

二つの本質的課題があります。第一に、長期培養中のプラスミド脱落により生産能力が失われ、選択圧維持のための抗生物質コストが嵩むこと。第二に、制御のパラドックスと呼ぶべき現象で、生産指令遺伝子 CsgD を強化すると、同時に誘導される阻害因子 CsgI（旧称 YccT）が CsgA の重合を阻害し、かつ csgD 自身の発現も抑制するため、生産量が頭打ちになることです。

CsgI（Curli Synthesis Inhibitor）は、信州大学・小笠原寛研究室らが 2023 年に機能同定した Curli 合成の新規阻害因子です（旧称 YccT）。大腸菌のペリプラズム空間に局在し、(1) CsgA の重合を直接阻害する機能と、(2) EnvZ/OmpR 二成分制御系を介して csgD の転写を抑制する機能、の二重の阻害機構を担います。本研究成果は国際学術誌 International Journal of Molecular Sciences に掲載されています。

野生型の大腸菌と比較して、ΔcsgI（yccT 欠損）× T7 プロモーターによる CsgD 高発現の相乗効果により、Curli 定量アッセイで約4.6倍の生産量向上を実証しています。さらに機能性ペプチド（6×His、SpyTag 等）を融合した組換え CsgA の高発現にも適用可能です。

本技術と他社のプラスミド改良技術は、目的も成果物も異なります。本技術は “プラスミドを使わずに 大腸菌の染色体を改変し、機能性アミロイド繊維「Curli」そのものを安定的に生産するプラットフォーム技術” です。一方、他社のプラスミド改良技術は、プラスミドDNA自体を医薬品原料として高効率に生産するための技術であり、主に遺伝子治療・細胞治療・DNAワクチンの製造に用いられます。両者は「抗生物質フリー」「生産性向上」という設計思想を共有していますが、生産物（Curli繊維 と プラスミドDNA）と用途（バイオ材料 と 遺伝子医薬）が異なるため、競合ではなく補完的な関係にあると言えます。

生産に必要な遺伝子改変をすべて大腸菌の染色体上に組み込むため、(1) 長期培養中の遺伝情報脱落が起きず生産が安定する、(2) 選択圧維持のための抗生物質が不要となりランニングコストが下がる、(3) 連続培養やスケールアップに対する産業適性が高い、というメリットがあります。工業グレードでのバイオプロダクションに求められる要件を満たす設計です。

機能性ペプチド融合 CsgA による接着性・抗菌性・酵素固定化材料、自己集合性を活かした3Dバイオプリンタ用インク／ゲル、酵素・細胞を保持するバイオフィルム型リアクター用スキャフォールド、防汚・バリア性コーティング、結合モチーフによる分離・回収担体など、幅広い応用が想定されます。G型リゾチーム融合 Curli ゲルによる抗菌材料の実証例もあります。

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