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

• 研究課題/領域番号: 15780057
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 応用微生物学
• 研究機関: 香川大学
• 研究代表者: 高田 悟郎 香川大学, 希少糖研究センター, 助教授 (50322722)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 3,700千円 (直接経費: 3,700千円); 2005年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2004年度: 700千円 (直接経費: 700千円); 2003年度: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
• キーワード: 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

研究概要

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。

研究成果

• [雑誌論文] Large scale production of d-allose from d-psicose using continuous bioreactor and separation system (2006)
  • 著者名/発表者名: Kenji Morimoto, Chang-Su Park, Motofumi Ozaki, Kei Takeshita, Tsuyoshi Shimonishi, Tom Birger Granstrom, Goro Takata, Masaaki Tokuda, Ken Izumori
  • 雑誌名: Enzyme and Microbial Technology Vol38(6) ページ: 855-859
• [雑誌論文] Cloning and Sequencing of an Exoglucanase Gene from Streptomyces sp. M23, and Its Expression in Streptomyces lividans TK-24 (2005)
  • 著者名/発表者名: CHANG-SU PARK, TAKASHI KAWAGUCHI, JUN-ICHI SUMITANI, GORO TAKADA, KEN IZUMORI, MOTOO ARAI
  • 雑誌名: Journal of Biloscience and Bioengineering Vol99(4) ページ: 434-436
• [雑誌論文] 1-Xylose and 1-lyxose production from xylitol using Alcaligenes 701B strain and immobilized 1-rhamnose isomerase enzyme (2005)
  • 著者名/発表者名: Tom Birger Granstrom, Goro Takata, Kenji Morimoto, Matti Leisola, Ken Izumori
  • 雑誌名: Enzyme and Microbial Technology 36(7) ページ: 976-981
• [雑誌論文] Novel reactions of L-rhamnose isomerase from Pseudomonas stutzeri and its relation with D-xylose isomerase via substrate specificity. (2004)
  • 著者名/発表者名: Leang, K., Takada, G., Fukai, Y., Morimoto, K., Granstrom, TB., Izumori, K.
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta 1674 ページ: 68-77
• [雑誌論文] A novel enzymatic approach to the massproduction of L-galactose from L-sorbose. (2004)
  • 著者名/発表者名: Leang, K.Maekawa, K.Menavuvu, BT., Morimoto, K., Granstrom, TB., Takada G., Izumori, K.
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 97 ページ: 383-388
• [雑誌論文] Cloning, nucleotide sequence and overexpression of L-rhamnose isomerase gene from Pseudomonas stutzeri in Escherichia coli (2004)
  • 著者名/発表者名: Khim Leang, Goro Takada, Akihiro Ishimura, Masashi Ohkita, Ken Izumori.
  • 雑誌名: Applied and Environmental Microbiology 70(6) ページ: 3298-3304
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)
• [文献書誌] 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)