酵母を用いたL-アラビノースからエタノールへの高効率変換系の確立

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18760592
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 渡邉 誠也 Kyoto University, 生存基盤科学研究ユニット, 研究員 (90379032)
• Keywords: バイオマス / エタノール / サッカロミセス酵母 / L-アラビノース / 生物発酵

Research Abstract

昨年度末より、木質および草本系バイオマスに含まれるペクチンの主要構成成分であるL-ラムノースのサッカロミセス酵母による発酵を目指した研究を開始した。サッカロミセス酵母と異なり、ピキア酵母が固有のL-ラムノース代謝能力を持つことに着目し、ゲノム配列をもとにバイオインフォマティックスおよび生化学・分子生物学的手法を駆使することで、最終的に4つの代謝遺伝子であるL-Rhamnose l-dehydrogenase・L-Rhamnonolactonase・L-Rhamnonate dehydratase・L-2-Keto-3-deoxyrhamnonate(L-KDR) aldolaseの同定に成功した。また、同じ代謝経路が細菌の中にも存在し、L-KDR aldolaseが酵母由来のものとは全く異なることを明らかにした。引き続いて、最終産物の1つであるL-lactaldehydeの酵母における代謝様式の解明に着手し、細菌と同じL-Lactaldehyde dehydrogenaseによってL-乳酸に変換されること、一方で遺伝子の系統関係は細菌由来のものとは遠いことから、真核生物とバクテリアの当該経路は代謝様式は同じであるものの進化的には独立に生じたことが明らかとなった。さらに、これらの一連の結果をもとに別の細菌において当該経路とはさらに一部異なるL-ラムノース代謝経路の存在を発見した。この中でL-KDRは、L-KDR 4-dehydrogenaseおよびL-2,4-Diketo-3-deoxyrhamnonate hydrolaseによって最終的にピルビン酸と乳酸(L-lactaldehydeではない)が生じる。今後は、同定した遺伝子のサッカロミセス酵母を構築し、L-ラムノース代謝能の付与を検討していく予定である。

Research Products

• [Journal Article] Novel modified version of non-phosphorylated sugar metabolism : an alternative L-rhamnose pathway of Sphingomonas sp (2009)
  • Author(s): Watanabe S. and Makino K
  • Journal Title: FEBS Journal 276 Pages: 1554-1567
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Eukaryotic and bacterial gene clusters related to an alternative pathway of non-phosphorylated L-rhamnose metabolism (2008)
  • Author(s): Watanabe, S., Saimura, M. and Makino, K.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry 283 Pages: 20372-20382
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metabolic fate of L-lactaldehyde derived from an alternative L-rhamnose pathway (2008)
  • Author(s): Watanabe, S., Piyanart, S. and Makino, K.
  • Journal Title: FEBS Journal 275 Pages: 5139-5149
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bioethanol production from xylose by recombinant Saccharomyces cerevisiae expressing xylose reductase, NADP+-dependent xylitol dehydrogenase, and xylulokinase (2008)
  • Author(s): Matsushika, A., Watanabe, S., Kodaki, T., Makino, K. and Sawayama, S.
  • Journal Title: Journal of Bioscience and Bioengineering 105 Pages: 296-299
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expression of protein engineered NADP+-dependent xylito dehydrogenase increases ethanol production from xylose in recombinant Saccharomvces cerevisiae (2008)
  • Author(s): Matsushika, A., Watanabe, S., Kodaki, T., Makino, K., Inoue, H., Murakami, K. and Sawayama, S.
  • Journal Title: Applied Microbiology and Biotechnology 81 Pages: 243-255
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gene cloning of cold-adapted isocitrate lyase from apsychrophilic bacterium, Cblwellia psychrerythraea, and analysis of amino acid residues involved in cold adaptation of this enzyme (2008)
  • Author(s): Sato, Y., Watanabe, S., Yamaoka, N. and Takada, Y.
  • Journal Title: Extremophiles 12 Pages: 107-117
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 木質系バイオマスからのエタノール生産のための微生物育種戦略 (2008)
  • Author(s): 渡辺誠也
  • Journal Title: 化学と教育 56 Pages: 612-613
  • Peer Reviewed
• [Presentation] タンパク質工学を用いたキシロース発酵性サッカロミセス酵母の育種 (2008)
  • Author(s): 渡辺誠也
  • Organizer: 第60回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 東北学院大学(仙台)
  • Year and Date: 20080827-29
• [Presentation] Bioethanol production from xylose by recombinant Saccharomyces cerevisiae expressing xylose reductase, NADP+-dependent xylitol dehydrogenase, and xylulokinase (2008)
  • Author(s): Matsushika, A., Watanabe, S., Kodaki, T., Makino, K. and Sawayama, S
  • Organizer: 30th Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals
  • Place of Presentation: ニューオリンズ
  • Year and Date: 20080504-07
• [Presentation] 改変型キシリトール脱水素酵素を導入した酵母を用いたキシロースからのエタノール生産 (2008)
  • Author(s): 松鹿昭則、渡辺誠也、小瀧努、牧野圭祐、井上宏之、村上克治、澤山茂樹
  • Organizer: 2008年度農芸化学会年会
  • Place of Presentation: 名城大学(名古屋)
  • Year and Date: 20080326-29
• [Book] 産業用酵素の応用技術と最新動向 (2009)
  • Author(s): 渡辺誠也(分著)
  • Total Pages: 345
  • Publisher: シーエムシー出版