神戸大ら,ラン藻の高濃度D-乳酸生産技術を開発

神戸大学,明治大学の研究グループは,ラン藻(シネコシスティス PCC6803)のD-乳酸を生産するメカニズムを解析し,酵素マリックエンザイムが増産に寄与することを明らかにした(ニュースリリース)。

石油由来の汎用性化学品や機能性素材をバイオで生産することは,環境や資源の持続性の促進にとって重要となる。近年,バイオ生産の手法として,微生物を用いたモノづくりに注目が集まっている。そのなかで微細藻類は,太陽光とCO2からオイルや色素など様々な有用物質を生産できることが知られている。

微細藻類の一種であるラン藻は,増殖力が旺盛で,遺伝子改変が容易である特徴をもっている。これまで,ラン藻のD-乳酸生産の取り組みはあったが,低い生産性が実用可能性の障害となっていた。

ラン藻は光合成でCO2を糖の一種であるグリコーゲンに変換する。グリコーゲンを細胞内に蓄えたラン藻を暗黒で酸素がない環境で培養すると,グリコーゲンを代謝し,コハク酸や乳酸など有機酸を培地中に放出する。

ラン藻のD-乳酸生合成では,その一段階前の物質であるピルビン酸を増産させることが重要となる。研究グループは,リンゴ酸からピルビン酸に変換する酵素マリックエンザイムが,D-乳酸生成において極めて重要であることを発見した。

動的メタボローム解析(生体細胞の中の低分子化合物の種類(および量)に関する情報であるメタボロームを明らかにする手法)を用いてD-乳酸増産メカニズムを解析したところ,マリックエンザイムを過剰に細胞内に作らせると,リンゴ酸からピルビン酸への変換だけでなく,グリコーゲンからピルビン酸を生成する経路が活性化していることを明らかにした。

また遺伝子工学によりピルビン酸からD-乳酸を生成するD-乳酸脱水素酵素の機能を強化させることで,貯蔵されたグリコーゲンからの対糖収率94.3%で26.6g/LのD-乳酸を生産させることに成功した。

ラン藻で生産される汎用性化学品や機能性素材の多くは,目的物質の生産性が従属栄養微生物で生産する場合に比べて低いことが大きな課題となっており,まだまだ社会実装するレベルに達していない。

今回の研究成果は,動的メタボローム解析がシネコシスティスの性能評価に極めて有効であることを示しており,これをもとに設計した代謝改変を遺伝子工学により施したことで,ラン藻がもつバイオ生産微生物としてのポテンシャルを最大限に引き出した。

今後は,動的メタボローム解析および代謝工学でラン藻の光合成的物質生産能を高めることが,持続可能な低炭素社会の構築に貢献するとしている。

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