海藻アラメからエタノールと食品機能成分を生産する新技術開発と海藻産業への応用研究

• Project/Area Number: 17K07936
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Aquatic life science
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 辻 明彦 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 教授 (20155360)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2019: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2018: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2017: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: アラメ / 海藻 / 褐藻類 / セルラーゼ / 糖化処理 / EHEP / ポリフェノール / フロロタンニン / バイオマス / セルロース / 機能食品

Outline of Annual Research Achievements

褐藻類からエタノール生産とポリフェノールであるフロロタンニンの分離、応用を組み合わせた海藻利用技術を開発し、海藻を使った新産業の育成に貢献することを目的として、 褐藻類の効率的な糖化条件、アメフラシ消化液に存在するフロロタンニン結合タンパク質、EHEPの性質、アメフラシセルラーゼの作用機構、フロロタンニンの生理作用について検討した。特に、GHF45に属する21kDa セルラーゼの作用機構について解析し、本酵素がセロビオハドロラーゼと同様にセルロース繊維に強固に結合し、セロビオースを遊離すること、他のbeta1,4-エンドグルカナーゼと強いシナジー効果を示し、アメフラシ消化液のセルロース分解システムにおいて非常に重要な酵素であることを証明した。さらに、廃棄物であるワカメ茎、メカブの有効利用を開発するため、海藻糖化のための前処理方法、アミエビ酵素の利用について検討し、アミエビ抽出液の併用によって、産業用セルラーゼの必要量を２０分の１に減少させ、コストダウンできる方法を開発した。EHEPとフロロタンニンの作用機構は、EHEPの結晶構造解析とEHEP変異体の機能解析により分子レベルで明らかにした。EHEPの108番目のアスパラギン残基がフロロタンニンの結合に最も重要であることが判明した。また、フロロタンニンとEHEPの結合は弱酸性が至適pHであるが、pH7.5以上ではフロロタンニンが遊離し、EHEPとフロロタンニンの結合は可逆反応であることがわかった。フロロタンニンは培養小腸上皮細胞と反応させると、特にシグナル伝達を制御する遺伝子の発現が変動することが、マイクロアレイ法によって証明された。以上の結果より、アラメ等の褐藻類に含まれるフロロタンニンは、有用な食品機能成分として活用できる可能性が示された。

Research Products

• [Journal Article] Cellulose-binding activity of a 21-kDa endo-?-1,4-glucanase lacking cellulose-binding domain and its synergy with other cellulases in the digestive fluid of Aplysia kurodai (2018)
  • Author(s): Tsuji Akihiko、Yuasa Keizo、Asada Chikako
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 13 Issue: 11 Pages: e0205915-e0205915
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0205915
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ユニークな基質特異性をもつアメフラシトリプシン (2018)
  • Author(s): 辻 明彦、湯浅恵造
  • Organizer: 第４回日本生物工学会西日本支部講演会 2018.12.1.鳥取大学工学部（鳥取市）
• [Presentation] 海藻ポリフェノールと結合する蛋白質(EHEP)の機能・構造解析 (2018)
  • Author(s): 辻 明彦、湯浅恵造、姚閔
  • Organizer: 第９１回日本生化学会大会 2018.9.24.国立京都国際会館 （京都市）
• [Presentation] アメフラシ消化液に含まれるフロロタンニン結合タンパク質の性質 (2018)
  • Author(s): 辻 明彦、湯浅恵造
  • Organizer: 日本農芸化学会2018年度中四国支部例会 2018.9.20.島根大学松江キャンパス (松江市）
• [Presentation] GH45に属する21kDaセルラーゼの作用機構 (2018)
  • Author(s): 辻 明彦、湯浅恵造
  • Organizer: 第５９回日本生化学会中国・四国支部例会 2018.5.29.米子市文化ホール (米子市）
• [Presentation] アメフラシ21K セルラーゼのセルロース分解における機能解析 (2017)
  • Author(s): 辻明彦、湯浅恵造、淺田元子、中村 嘉利
  • Organizer: 第69回日本生物工学会