糸状菌を用いた未利用資源からの直接発酵法による糖供給源としての有効利用

• Project/Area Number: 15780057
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied microbiology
• Research Institution: Kagawa University
• Principal Investigator: 高田 悟郎 香川大学, 希少糖研究センター, 助教授 (50322722)
• Project Period (FY): 2003 – 2005
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2005)
• Budget Amount: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000); Fiscal Year 2005: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2004: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2003: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
• Keywords: 希少糖 / キシリトール / セルラーゼ / バイオマス / 未利用資源 / 生ごみ処理機 / Aspergillus aculeatus / UV変異 / アラビノース / β-D-キシロシダーゼ / α-L-アラビノフラノシダーゼ / D-キシロース / L-アラビノース

Research Abstract

本研究は糸状菌Aspergillus aculeatusを用いた未利用資源からの直接発酵法による糖供給源としての有効利用を目的として研究を行った。まず、未利用資源から効率よく単糖を蓄積させる試みとして本菌に紫外線を照射し糖代謝能力を欠損した変異株を得た。この変異株はD-キシロースに対する生育能力を持たず、キシリトールを蓄積する性質を示し、D-グルコースやL-アラビノースに対する生育能力は欠損していなかった。このことからキシリトールからD-キシルロースに変換する酵素遺伝子が破壊されたことが示唆された。研究に用いた糸状菌はでんぷんだけでなくセルロースやヘミセルロースといった難分解性バイオマスの分解能力に優れた微生物でありすでに種々の多糖分解酵素が同定されている。つぎに、ヘミセルロースを最終的に単糖にまで分解するのに必要な酵素である、L-アラビノフラノシダーゼおよびD-キシロシダーゼの遺伝子クローニングを目的として両酵素の同定および精製を行った。両酵素は別々に存在し、オリゴ糖にも作用し最終的に単糖を生成する事のできる重要な酵素であると結論した。変異株によって蓄積されるキシリトールはより付加価値が高く応用が期待できる希少糖に変換できることを明らかにした。L-キシルロースは医薬品への利用が期待されるL-キシロースの原料としてキシリトールからアルカリジェネス属細菌によって生産されできた。また、同様にバイオマスから生産可能なD-グルコースから希少糖であるD-プシコースおよびD-アロースの大量生産も可能であった。一方で、変異株を用いた直接発酵法による単糖の生産は最終産物であるキシリトールの蓄積量が少なく、酵母を用いたキシリトール生産に比べて実用性が低いと考えられたので糸状菌単独で直接発酵するよりも酵母を組合わせた方法がより効率よくキシリトールを生産できると考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Large scale production of d-allose from d-psicose using continuous bioreactor and separation system (2006)
  • Author(s): Kenji Morimoto, Chang-Su Park, Motofumi Ozaki, Kei Takeshita, Tsuyoshi Shimonishi, Tom Birger Granstrom, Goro Takata, Masaaki Tokuda, Ken Izumori
  • Journal Title: Enzyme and Microbial Technology Vol38(6) Pages: 855-859
• [Journal Article] Cloning and Sequencing of an Exoglucanase Gene from Streptomyces sp. M23, and Its Expression in Streptomyces lividans TK-24 (2005)
  • Author(s): CHANG-SU PARK, TAKASHI KAWAGUCHI, JUN-ICHI SUMITANI, GORO TAKADA, KEN IZUMORI, MOTOO ARAI
  • Journal Title: Journal of Biloscience and Bioengineering Vol99(4) Pages: 434-436
• [Journal Article] 1-Xylose and 1-lyxose production from xylitol using Alcaligenes 701B strain and immobilized 1-rhamnose isomerase enzyme (2005)
  • Author(s): Tom Birger Granstrom, Goro Takata, Kenji Morimoto, Matti Leisola, Ken Izumori
  • Journal Title: Enzyme and Microbial Technology 36(7) Pages: 976-981
• [Journal Article] Novel reactions of L-rhamnose isomerase from Pseudomonas stutzeri and its relation with D-xylose isomerase via substrate specificity. (2004)
  • Author(s): Leang, K., Takada, G., Fukai, Y., Morimoto, K., Granstrom, TB., Izumori, K.
  • Journal Title: Biochimica et Biophysica Acta 1674 Pages: 68-77
• [Journal Article] A novel enzymatic approach to the massproduction of L-galactose from L-sorbose. (2004)
  • Author(s): Leang, K.Maekawa, K.Menavuvu, BT., Morimoto, K., Granstrom, TB., Takada G., Izumori, K.
  • Journal Title: Journal of Bioscience and Bioengineering 97 Pages: 383-388
• [Journal Article] Cloning, nucleotide sequence and overexpression of L-rhamnose isomerase gene from Pseudomonas stutzeri in Escherichia coli (2004)
  • Author(s): Khim Leang, Goro Takada, Akihiro Ishimura, Masashi Ohkita, Ken Izumori.
  • Journal Title: Applied and Environmental Microbiology 70(6) Pages: 3298-3304
• [Publications] Khim Leang, Ishrat Sultana, Goro Takada, Ken Izumori: "A novel bioconversion of L-fructose to L-glucose by Klebsiella pneumoniae."Journal of Bioscience and Bioengineering. 95. 310-312 (2003)
• [Publications] Ishrat Sultana, Rahman, MD.Mizanur, Kei Takeshita, Goro Takada, Ken Izumori: "Direct production of D-arabinose from D-xylose by a coupling reaction using D-xylose isomerase, D-tagatose 3-epimerase and D-arabinose isomerase."Journal of Bioscience and Bioengineering. 95. 342-347 (2003)
• [Publications] Khim Leang, Goro Takada, Akihiro Ishimura, Masashi Ohkita, Ken Izumori.: "Cloning, nucleotide sequence and overexpression of L-rhamnose isomerase gene from Pseudomonas stutzeri in Escherichia coli."Applied and Environmental Microbiology. In press. (2004)
• [Publications] 何森健, 高田悟郎: "廣川タンパク質化学、第1章第3項分子内酸化還元酵素"廣川書店. 23 (2003)