九州大学-研究者情報 [花井泰三 (教授) 農学研究院生命機能科学部門]

合成生物学による人工遺伝子回路網の構築
2008.04, 代表者：花井泰三, 九州大学, JST
近年、人工遺伝子回路（Genetic circuit）または合成生物学（Synthetic biology）と呼ばれる研究がシステム生物学分野を中心に行われ始めています。この研究では、遺伝子相互の制御関係を利用し、それらの遺伝子を人工的に組み合わせることで、複雑な遺伝子発現を実現することを目指しています。複雑な遺伝子発現を実現するためには、複数の生化学分子の動的な挙動を取り扱う必要があり、単なる分子生物学実験のみならずシミュレーションやシステム解析による遺伝子（回路）の設計が不可欠となります。我々は、システムの設計、システム解析、分子生物学をすべて利用することで、望みの遺伝子発現パターンを示すシステムの実現を目指しております。.

らん藻によるバイオアルコール生産に関する研究
2013.04～2017.03, 代表者：花井泰三, 九州大学
遺伝子組換えらん藻を用いて、炭酸ガスと太陽エネルギーからバイオアルコールを生産する。システム生物学、代謝工学、培養工学などを利用し、菌体の改良、培養条件の最適化を行う。.

大腸菌によるバイオアルコール生産の研究開発
2008.09, 代表者：花井泰三, 九州大学, N
近年の原油価格の上昇、CO2排出量削減の観点などからバイオアルコール生産に注目が集まっています。我々は、分子育種で大腸菌に本来生産できない種類のアルコールを生産させることに成功しました。大腸菌は、増殖速度が速く、遺伝子組み換えもしやすいため、アルコール生産およびその向上に適していると考えられます。さらに生産量を向上させるために、代謝のコンピュータシミュレーションを行い、その結果に基づいた分子育種（代謝工学）を行っております。また、生産されたアルコールは大腸菌には毒ですので、アルコール耐性を向上した大腸菌を育種するために、マイクロアレイ、プロテオームなどの情報をバイオインフォマティクス技術で解析し、分子育種に利用しております。.

研究業績

主要著書

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1.	花井泰三　他（吉田和哉　名誉監修）, 第二世代バイオ燃料の開発と応用展開, 2009.04.
2.	Taizo Hanai, Hiroyuki Honda, Takeshi Kobayashi, Soft Computing in Chemistry, Springer-Verlag, p.135-159, 2003.03.
3.	花井泰三・本多裕之・小林猛, バイオプロセスシステムエンジニアリング, シーエムシー出版, p.228-244, 2002.12.

主要原著論文

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1.	Yasutaka Hirokawa, Yuki Maki, Taizo Hanai, Improvement of 1,3-propanediol production using an engineered cyanobacterium, Synechococcus elongatus by optimization of the gene expression level of a synthetic metabolic pathway and production conditions, METABOLIC ENGINEERING, 39, 192-199, 2017.03.
2.	Yuki Soma, Keigo Tsuruno, Masaru Wada, Atsushi Yokota, Taizo Hanai, Metabolic flux redirection from a central metabolic pathway toward a synthetic pathway using a metabolic toggle switch, Metabolic Engineering, 10.1016/j.ymben.2014.02.008, 23, 175-184, 2014.02, Overexpression of genes in production pathways and permanent knockout of genes in competing pathways are often employed to improve production titer and yield in metabolic engineering. However, the deletion of a pathway responsible for growth and cell maintenance has not previously been employed, even if its competition with the production pathway is obvious. In order to optimize intracellular metabolism at each fermentation phase for bacterial growth and production, a methodology employing conditional knockout is required. We constructed a metabolic toggle switch in E. coli as a novel conditional knockout approach and applied it to isopropanol production. The resulting redirection of excess carbon flux caused by interruption of the TCA cycle via switching gltA OFF improved isopropanol production titer and yield up to 3.7 and 3.1 times, respectively. This approach is a useful tool to redirect carbon flux responsible for bacterial growth and/or cell maintenance toward a synthetic production pathway..
3.	Tamami Kusakabe, Tsuneyuki Tatsuke, Keigo Tsuruno, Shota Atsumi, James C. Liao, Taizo Hanai, Engineering synthetic pathway in cyanobacteria for isopropanol production directly from carbon dioxide and light, Metabolic Engineering, 10.1016/j.ymben.2013.09.007, 20, 101-108, 2013.09, Production of alternate fuels or chemicals directly from solar energy and carbon dioxide using engineered cyanobacteria is an attractive method to reduce petroleum dependency and minimize carbon emission. Here, a synthetic pathway using thl (acetyl-CoA acetyltransferase) and adc (acetoacetate decarboxylase) from Clostridium acetobutylicum ATCC824, and atoAD (acetoacetyl-CoA transferase) from Escherichia coli K-12 MG1655, and adh (secondary alcohol dehydrogenase) from Clostridium beijerinckii NRRL B593 were integrated into a genome of Synechococcus elongatus strain PCC7942 to produce isopropanol. Under optimized production conditions, the engineered cyanobacteria produced 26.5 mg/L of isopropanol after 9 days. While nitrogen starving conditions improved isopropanol production 7.2-fold, dark conditions lead to a 27-fold improvement over light conditions..
4.	Shota Atsumi, Anthony F. Cann, Michael R. Connor, Claire R. Shen, Kevin M. Smith, Mark P. Brynildsen, Katherine J.Y. Chou, Taizo Hanai, James C. Liao, Metabolic engineering of Escherichia coli for 1-butanol production, Metabolic Engineering, 10(6), 305-311, 2008.11.
5.	Shota Atsumi, Taizo Hanai, James C. Liao, Non-fermentative pathways for synthesis of branched-chain higher alcohols as biofuels, Nature, 451, 7174, 86-89, 2008.01, 再生可能資源であるバイオマスから、代替燃料イソブタノールを効率的に生産する方法を開発することは重要である。本研究では、組換えが容易な大腸菌に、Ehrlich経路（合成代謝経路）を外部から導入し、本来生産されないイソブタノールを生産することに成功した。また、この生産大腸菌のもつ目的生産物との競合代謝経路遺伝子を破壊、または必要な反応酵素遺伝子を増強し、20g/Lまでの生産性の向上を達成した。.
6.	Taizo Hanai, Shota Atsumi, James C. Liao, Engineered synthetic pathway for isopropanol production in Escherichia coli, Applied and Environmental Microbiology, 73, 24, 7814-7818 , 2007.12.
7.	Hideaki Shinto, Yukihiro Tashiro, Mayu Yamashita, Genta Kobayashi, Tatsuya Sekiguchi, Taizo Hanai, Yuki Kuriya, Masahiro Okamoto, Kenji Sonomoto, Kinetic modeling and sensitivity analysis of acetone--butanol--ethanol production, Journal of Biotechnology, 131, 1, 45-56 , 2007.08.
8.	Kazumi Hakamada, Masahiro Okamoto, Taizo Hanai, Novel technique for preprocessing high dimensional time-course data from DNA microarray: mathematical model-based clustering, Bioinformatics, 22, 6, 843-848 , 2006.06.
9.	Koujiro Nishida, Shinji Mine, Tohru Utsunomiya, Hiroshi, Inoue, Masahiro Okamoto, Harushi Udagawa, Taizo Hanai, Masaki Mori, Global analysis of altered gene expressions during the process esophageal squamous cell carcinogenesis in the rat: a study combined with a laser microdissection and cDNA microarray, Cancer Research, 65, 2, 401-409, 65, 2, 401-409, 2005.02.
10.	Shuta Tomida, Taizo Hanai, Hiroyuki Honda and Takeshi Kobayashi, Gene expression analysis using fuzzy ART model, Bioinformatics, 18, 8, 1073-1083, 2002.08.

主要総説, 論評, 解説, 書評, 報告書等

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1.	Taizo Hanai, Hiroyuki Hamada, Masahiro Okamoto, Application of bioinformatics for DNA microarray data to Bioscience, 2006.05.
2.	花井泰三・小林元太・関口達也･牧幸治・園元謙二・岡本正宏, 微生物工学分野へのバイオインフォマティクス, 2006.06.
3.	花井泰三, 生物工学、生物科学、医学へのバイオインフォマティクスの応用, ケミカルｴﾝｼﾞﾆｱﾘﾝｸﾞ, 2005.12.
4.	花井泰三・本多裕之・小林　猛, 知識情報処理の清酒醸造プロセスへの応用, 化学工学論文集, 25、2、163-168, 1999.02.

主要学会発表等

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1.	Yuki Soma, Taizo Hanai, Synthetic quorum sensing as a tunable cell density sensor-regulator for dynamic metabolic engineering, Metabolic Engineering XI, 2016.06.
2.	花井泰三・渥美正太・James C. Liao, 代謝工学によるバイオ燃料生産の向上, 化学工学会秋季大会, 2008.09.
3.	花井泰三, システム生物学の現状と展望, 日本生物工学会, 2008.08.

特許出願・取得

特許出願件数 3件

特許登録件数 1件

学会活動

所属学会名

日本生物工学会

化学工学会

農芸化学会

学会大会・会議・シンポジウム等における役割

2019.09.16～2019.09.18, 日本生物工学会, シンポジウム企画.

2015.11.12～2015.11.13, 「細胞を創る」研究会, 企画、座長.

2014.03.30～2014.03.30, 農芸化学会, 座長（Chairmanship）.

2012.09.19～2012.09.21, 化学工学会, 座長（Chairmanship）.

2011.09.26～2011.09.26, 日本生物工学会, 座長（Chairmanship）.

2009.09.24～2009.09.24, 日本生物工学会, 座長（Chairmanship）.

2009.09.16～2009.09.16, 化学工学会, 座長（Chairmanship）.

2008.09.24～2008.09.26, 化学工学会, 座長（Chairmanship）.

2008.08.27～2008.08.29, 生物工学会, 座長（Chairmanship）.

2005.09～2005.09, 化学工学会秋季大会, 座長（Chairmanship）.

2015.11.12～2015.11.13, 「細胞を創る」研究会, 企画.

2012.09.19～2012.09.21, 化学工学会, シンポジウム企画.

2011.09.26～2011.05.28, 生物工学会, シンポジウム企画.

2005.09～2005.09.01, 化学工学会秋季大会, シンポジウム企画.

学会誌・雑誌・著書の編集への参加状況

2009.06～2011.06, Journal of BIoscience and Bioengineering, 国際, 編集委員.

2004.04～2013.01, Bioprocess and　Biosystems Engineering Editorial Advisory Board, 国際, 編集委員.

2004.04～2006.03, 日本生物工学会, 国内, 編集委員.

学術論文等の審査

年度	外国語雑誌査読論文数	日本語雑誌査読論文数	国際会議録査読論文数	国内会議録査読論文数	合計
2022年度	1				1
2020年度	2				2
2019年度	1				1
2017年度	2				2
2016年度	2				2
2015年度	3				3
2014年度	7				7
2013年度	11				11
2012年度	5				5
2011年度	6				6
2010年度	1				1
2009年度	12				12
2008年度	8				8
2007年度	2				2
2005年度	2	0	0	0	2

その他の研究活動

海外渡航状況, 海外での教育研究歴

UCLA, UnitedStatesofAmerica, 2014.06～2014.06.

AOAIS, Korea, 2014.12～2014.12.

National Cheng Kung University, Taiwan, 2014.11～2014.11.

SIMB, UnitedStatesofAmerica, 2014.08～2014.08.

受賞

生物工学論文賞, 生物工学会　, 2023.09.

生物工学論文賞, 生物工学会　, 2013.09.

生物工学会論文賞, 生物工学会, 2012.11.

化学工学会　奨励賞（實吉雅郎記念賞）, 化学工学会, 2002.03.

環境システム計測制御学会　奨励論文賞, 環境システム計測制御学会, 1997.12.

研究資金

科学研究費補助金の採択状況(文部科学省、日本学術振興会)

2011年度～2015年度, 新学術領域研究, 代表, 細胞応答制御のための人工遺伝子回路の開発.

日本学術振興会への採択状況(科学研究費補助金以外)

2021年度～2025年度, A-STEP産学協同（本格型）, 分担, 定量メタボロミクスのための安定同位体標識内部標準物質ケミカルライブラリ生産技術の開発.

2012年度～2017年度, CREST, 代表, 合成代謝経路構築によるシアノバクテリアのバイオアルコール生産.

競争的資金(受託研究を含む)の採択状況

2017年度～2020年度, NEDO, 分担, 植物等の生物を用いた高機能品生産技術の開発／高生産性微生物創製に資する情報解析システムの開発.

2010年度～2011年度, NEDO, 代表, 大腸菌によるイソプロパノール生産の研究開発.

2008年度～2010年度, NEDO, 分担, ブタノール高生産株の取得および代謝シミュレーションによる培養制御技術開発.

2008年度～2009年度, NEDO, 代表, 大腸菌によるイソプロパノール生産の研究開発.

九大関連コンテンツ

pure2017年10月2日から、「九州大学研究者情報」を補完するデータベースとして、Elsevier社の「Pure」による研究業績の公開を開始しました。

QIR　九州大学学術情報リポジトリシステム情報科学研究院

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