白色腐朽菌によるセルロース生分解機構の解明に関する研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09660176
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鮫島 正浩 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 助教授 (30162530)
• Keywords: セルロース / セルラーゼ / セロビオース脱水素酵素 / 木材腐朽 / セロビオヒドロラーゼ / Phanerochaete chrysosporium / 生分解 / 酵素

Research Abstract

白色腐朽菌Phaneerochaete chrysosporiumによるセルロース生分解過程でのセルラーゼ系およびセロビオース脱水素酵素(CDH)との関わりを明らかにするためにいくつかの実験を行った。
まず,液体培養系におけるセルロース分解過程でのセルラーゼならびにCDHの菌体外液への分泌について,振とう培養系ならびに静置培養系についてそれぞれ調べた。その結果,いずれの酵素とも振とう培養系では菌体外液へ良く分泌されるが,静置培養系ではセルロース分解ならびに菌糸の生長は振とう培養系とほぼ同様であるにもかかわらず,静置培養系ではほとんどの酵素活性は菌体外液に分泌されず,菌糸とセルロースとの複合体状に存在することを明らかにした。さらに,菌糸とセルロースの複合体形成には,β-(1,3)-グルカンが重要な働きをしていることを示した。したがって,菌体外液へのセルロース分解酵素の分泌は極めて人為的な現象であり,白色腐朽菌によるセルロース生分解には菌糸が菌体外へ生産するβ-(1,3)-グルカン層とその中での分解酵素の局在性が極めて重要であることが示唆された。また,CDHはセルラーゼとともにセルロース基質に直接作用する酵素であり,特にセルロース状のアモルファス構造領域あるいはセルラーゼの作用によって形成されたアモルファス領域に特異的に吸着し,作用する酵素であることを免疫電子顕微鏡的ならびに吸着特性の定量的な解析により明らかにした。
次に,本菌が生産する主要なセルラーゼであるセロビオヒドロラーゼI(CBHI)とCDHの相互作用について調べた。その結果、CBHIはセルロースに作用し生成してくる産物であるセロビオースによって著しく阻害を受けやすい酵素であり,CDHによるセロビオースのセロビオノラクトンへの効率的な変換を共役させることが,CBHIを効率的にセルロースに作用させるために必要であることを示した。
さらに,セルラーゼ分解酵素系の発現機構を調べることを目的とする液体振とう培養系の確立を試みた。その結果,基本培地に炭素源としてコハク酸を添加し,培養期間中に仔牛血清をさらに添加する培養系で,少なくとも現象的にはセルラーゼ分解系のOFF-ONをコントロールできる培養系を構築することができた。今後は本培養系からセルロース分解酵素発現に関与するmRNAのスクリーニングを試みる。

Research Products

• [Publications] M.Samejima: "The Behaviour of Phanerochaete chrysosporium cellobiose dehydrogenase on adsorption to crystalline and amorphous cellulose" Biotechnology and Applied Biochemistry. 25. 135-141 (1997)
• [Publications] K.Igarashi: "Localization of cellobiose dehydrogenase in cellulose-grown cultures of Phanerochaete chrysosporium" Fungal Genetic and Biolology. 21. 214-222 (1997)
• [Publications] N.Habu: "Enhanced Production of Cellobiose Dehydrogenase in Cultures of Phanerochaete chrysosporium Supplemented with Bovine Calf Serum" Biotechnology and Applied Biochemistry. 26. 97-102 (1997)
• [Publications] 五十嵐圭日子: "セロビオース脱水素酵素とセルロース生分解におけるその役割" Cellulose Communication. 4. 56-60 (1997)