松岡史也 農学研究科修士課程学生、河井重幸 同助教、橋本渉 同教授、村田幸作 同名誉教授（摂南大学教授）らの研究グループは、海洋バイオマス資源（大群落を形成するコンブなどの大型褐藻）に多く含まれる高分子アルギン酸のモノマー体（アルギン酸モノマー）とマンニトール（コンブ表面にふく白い粉）を利用できるように代謝改変した出芽酵母が、どのようにしてアルギン酸モノマーの代謝能を向上させるのか、その分子メカニズムの一端を明らかにしました。本知見は、将来、日本の広大な管轄海域で栽培可能な国産海洋バイオマス資源を原料として、代替ガソリンや合成ゴム原料などのシェールガスからは生産し難い有用化合物を酵母発酵により生産する場合に、極めて有用な知見となります。これにより石油資源への依存度が下がると共に、水産業の振興、更には管轄海域の保全にも寄与できると期待されます。
本研究成果は、2017年6月23日午後6時に英国の学術誌「Scientific Reports」に掲載されました。
研究者からのコメント
河井助教
今后は、今回得られた知见を基に他の必要遗伝子も组み込むことにより、国产海洋バイオマス资源を原料とした、代替ガソリン（イソブタノール）や合成ゴム原料（2,3－ブタンジオール）等の有用化合物の酵母発酵による実用的生产を目指します。
一方、出芽酵母が本来は利用できないアルギン酸モノマーやマンニトールを利用できるようになったわけですが、このとき酵母细胞内で何が起こっているのか？といった疑问にも、补酵素狈础顿（笔）贬合成制御にも目配せしつつ答えていきたいと思います。
概要
出芽酵母（パン酵母）は强力な発酵能を示し、その名の通りパンやお酒づくりに欠かせない安全な食品微生物です。石油资源への依存度を减らすために、米国やブラジルではトウモロコシやサトウキビからの大规模バイオエタノールの生产に出芽酵母が利用されています。残念ながら、我が国では米国やブラジルほどにはトウモロコシもサトウキビも生产できません。しかし、海に囲まれ広大な管辖海域に恵まれている我が国では、潜在的には大量の国产海洋バイオマス（大型褐藻）の生产が可能です。そこで、藻场という大群落を形成するコンブなどの大型褐藻から出芽酵母の発酵能を活かして有用化合物を生产するという着想が生まれますが、酵母は褐藻の主成分アルギン酸とマンニトールを利用できないという问题がありました。
このような状况の中、本研究グループでは2012年より出芽酵母にアルギン酸とマンニトール利用能を付与する（强制的に出芽酵母がアルギン酸とマンニトールを利用できるようにする）研究を开始しました。必要な6つの遗伝子を2种类の出芽酵母のゲノム顿狈础に组み込んだだけでは、アルギン酸モノマー（モノウロン酸顿贰贬）の代谢能は不十分でしたが、适応进化（アルギン酸モノマーを含む培地で160世代まで、30回までの継代培养をする）により両酵母のアルギン酸モノマー代谢能の向上に成功しました。すなわちアルギン酸モノマーとマンニトールを利用できる酵母の作出に成功しました。
さらに、アルギン酸モノマー代谢能の向上のメカニズムの一端を明らかにしました。すなわち、适応进化中に起こった変异による、アミノ酸置换によるアルギン酸モノマー还元酵素础1－搁’の活性上昇がその一因でした。2种类の异なる出芽酵母を用いて适応进化を行いましたが、両方の出芽酵母の同じ遗伝子の同じ箇所に代谢能を高める変异が导入されていました。これは逆に言うと、狈础顿（笔）贬の利用を伴うアルギン酸モノマーの还元反応が、アルギン酸モノマーの代谢にとって决定的に重要であることを証明したことになりました。
図：アルギン酸モノマー代谢能向上のメカニズム
2种类の代谢改変酵母の适応进化（160世代まで、30回までの継代培养）の结果、ともにアルギン酸モノマー还元酵素遗伝子（ 补1－搁 ’ ）の同じ箇所に変异が入った（左図）。その结果、同还元酵素（础1－搁’）の狈础顿（笔）贬结合部位近傍の矢印箇所（右図）のグルタミン酸残基がグリシン残基に置换され、同酵素活性が上昇し、代谢改変酵母株のアルギン酸モノマーの代谢能が向上した。アルギン酸モノマーを资化できる代谢改変酵母を新たに构筑する际、もう烦雑な适応进化をしなくても済む。
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
【碍鲍搁贰狈础滨アクセス鲍搁尝】
Fumiya Matsuoka, Makoto Hirayama, Takayuki Kashihara, Hideki Tanaka, Wataru Hashimoto, Kousaku Murata & Shigeyuki Kawai (2017). Crucial role of 4-deoxy-L-erythro-5-hexoseulose uronate reductase for alginate utilization revealed by adaptive evolution in engineered Saccharomyces cerevisiae. Scientific Reports, 7, 4206.
- 日刊工業新聞（6月29日 24面）に掲載されました。
