超オイル細胞：カロテノイドと長鎖不飽和脂肪酸を大量生産する細胞工場の作出

• 研究課題/領域番号: 18K19166
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分38:農芸化学およびその関連分野
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 河野 重行 東京大学, フューチャーセンター推進機構, 特任研究員 (70161338)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 機能性 / 脂肪酸 / クロレラ / 物質生産 / 細胞機能 / カロテノイド / トレボウクシア / 微生物遺伝育種 / 機能性食品 / 生物活性物質

研究成果の概要

栄養塩飢餓と強光ストレスで誘導される超オイル細胞を用いて、ω3脂肪酸やカロテノイドなどの機能性物質を蓄積した細胞工場（クロレラ・ファクトリー）をつくり出そうと考えた。実用化を意識して細胞工場に適した株の選別に注力した。トレボウクシア藻綱を中心に緑藻を広く収集して、分子系統解析を実施することで、バイオマスに加え油脂やカロテノイドの生産性と種や株の系統関係を明らかにした。調査した種や株のほとんどは、独立栄養だけでなく従属栄養や混合栄養でも容易に培養することが可能でバイオマス生産性も高いことがわかった。従属栄養下の油脂生産性は株によって大きく異なるがオイル含量が50%を越えるような株もあった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

2021年4月の「2030年度の温室効果ガス削減目標を2013年度比で46％削減する」との政府発表は、パリ協定にもられた26％でも実現を危ぶまれていたので、各界に衝撃をもって受け止められている。地球温暖化は待ったなしであるが、世代時間の短い微細藻類であれば、10年間の研究期間でも二酸化炭素削減に資する新たな品種を開発できる可能性がある。微細藻類を「育種する」という発想こそが、応用微生物学の新たなトレンドになると考え、多くの株とその培養方法を検討するとともに重イオンビーム照射による分子育種法を開発してきた。カロテノイドと長鎖不飽和脂肪酸を大量生産する「超オイル細胞」の作出はその延長線上にある。

研究成果

• [国際共同研究] Czech Academy of Sciences(チェコ)
• [国際共同研究] Czech Academy of Sciences(チェコ)
• [雑誌論文] Worldwide research trends on microalgae and recent work in Cytologia. (2020)
  • 著者名/発表者名: Hosokawa, S and Kawano, S.
  • 雑誌名: Cytologia 巻: 85 ページ: 178-185
  • NAID: 130007907373
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Sexual difference of optimum environmental condition for growth and maturation of the brown alga Undaria pinnatifida in gametophyte stage (2020)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., Endo, H., Oikawa, H., Kanematsu, K., Naka, H., Mogamiya, M., Kawano, S., Kazama, Y.
  • 雑誌名: Genes 巻: 11 号: 8 ページ: 944-944
  • DOI: 10.3390/genes11080944
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The <i>Parachlorella</i> Genome and Transcriptome Endorse Active RWP-RK, Meiosis and Flagellar Genes in Trebouxiophycean Algae (2019)
  • 著者名/発表者名: Ota, S., Oshima, K., Yamazaki, T., Takeshita, T., Bisova, K., Zachleder, V., Hattori, M. and Kawano, S.
  • 雑誌名: ＣＹＴＯＬＯＧＩＡ 巻: 84 号: 4 ページ: 323-330
  • DOI: 10.1508/cytologia.84.323
  • NAID: 130007769499
  • ISSN: 0011-4545, 1348-7019
  • 年月日: 2019-12-25
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ultrafast simultaneous Raman-fluorescence spectroscopy. (2019)
  • 著者名/発表者名: Lindley, M., Hiramatsu, K., Nomoto, H., Shibata, F., Takeshita, T., Kawano, S. and Goda, K.
  • 雑誌名: Anal. Chem. 巻: 91 号: 24 ページ: 15563-15563
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.9b03563
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Asexual thalli originated from sporophytic thalli via apomeiosis in the green seaweed Ulva. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ichihara, K., Yamazaki, T., Miyamura, S., Hiraoka, M. and Kawano, S.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 9 号: 1 ページ: 13523-13523
  • DOI: 10.1038/s41598-019-50070-x
  • NAID: 120007163346
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ヘマトコッカス藻の強光回避戦略 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大田修平・河野重行
  • 雑誌名: Plant Morphology 巻: 31 ページ: 19-23
  • NAID: 130007823155
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 微細藻類によるバイオ燃料生産の実用化に向けて 新たな株の単離 (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹下毅・細川聡子・河野重行
  • 雑誌名: MDB技術予測レポート 巻: 1 ページ: 1-15
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional ultrastructure and hyperspectral imaging of metabolite accumulation and dynamics in Haematococcus and Chlorella. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ota, S. and Kawano, S.
  • 雑誌名: Microscopy 巻: 68 号: 1 ページ: 57-68
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfy142
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] カロテノイド市場の形成と展開 (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹下毅・河野重行
  • 雑誌名: バイオインダストリー 巻: 36 ページ: 1-11
• [雑誌論文] Independent regulation of the lipid and starch synthesis pathways by sulfate metabolites in the green microalga Parachlorella kessleri under sulfur starvation conditions. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki, T., Konosu, E., Takeshita, T., Hirata, A., Ota, S., Kazama, Y., Abe, T., Kawano, S.
  • 雑誌名: Algal Res. 巻: 36 ページ: 37-47
  • DOI: 10.1016/j.algal.2018.09.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of lipid productivity of Parachlorella kessleri heavy-ion beam irradiation mutant PK4 in laboratory and 150-L mass bioreactor, identification and characterization of its genetic variation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Takeshita, T., Ivanov, I. N., Oshima, K., Ishii, K., Kawamoto, H., Ota, S., Yamazaki, T., Hirata, A., Kazama, Y., Abe, T., Hattori, M., Bisova, K., Zachleder, V. and Kawano, S.
  • 雑誌名: Algal Res. 巻: 35 ページ: 416-426
  • DOI: 10.1016/j.algal.2018.09.005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Carotenoid dynamics and lipid droplet containing astaxanthin in response to light in the green alga Haematococcus pluvialis (2018)
  • 著者名/発表者名: Ota Shuhei、Morita Aya、Ohnuki Shinsuke、Hirata Aiko、Sekida Satoko、Okuda Kazuo、Ohya Yoshikazu、Kawano Shigeyuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1038/s41598-018-23854-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] カロテノイド世界市場の動向と七色クロレラ (2018)
  • 著者名/発表者名: 竹下毅・河野重行
  • 雑誌名: バイオインダストリー 巻: 35 ページ: 9-20
• [学会発表] クロレラの内部倍数性とAr・Feイオンビーム照射による染色体の分断化と再構築 (2021)
  • 著者名/発表者名: 石井公太郎、風間裕介、浅野円花、竹下毅、阿部知子、河野重行
  • 学会等名: 日本藻類学会第45回大会 オンライン開催
• [学会発表] Ar・Feイオンビーム照射によって生じるクロレラ染色体の断片化と染色体再編成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石井公太郎, 風間裕介, 浅野円花, 阿部知子, 河野重行
  • 学会等名: 日本育種学会 第138回講演会 オンライン開催
• [学会発表] 微細藻類クロレラを用いた、重イオンビーム照射による変異株の作出と大量培養への展開 (2020)
  • 著者名/発表者名: 竹下毅、吉澤有子、工藤恭子、惠良田真由美、篠原理香、河野重行
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会 オンライン開催
• [学会発表] 緑藻クラミドモナスの性転換に伴う配偶子の細胞融合部位の配置転換 (2020)
  • 著者名/発表者名: 印南椋矢、宮村新一、大越昌子、南雲保、市原健介、山崎誠和、河野重行
  • 学会等名: 日本植物学会第84回大会 オンライン開催
• [学会発表] 重イオンビーム照射により得られる微細藻類変異株のスクリーニングと大量培養への展開 (2020)
  • 著者名/発表者名: 竹下毅、吉澤有子、工藤恭子、恵良田真由美、篠原利香、河野重行
  • 学会等名: 日本藻類学会第44回大会
• [学会発表] 日本沿岸域に生育する2種のアオノリの比較ゲノム解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山崎誠和、市原健介、桑野和可、宮村新一、河野重行
  • 学会等名: 日本藻類学会第44回大会
• [学会発表] 海産緑藻の配偶子，動接合子，遊走子における眼点のサイズと生育環境との関係 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮村新一、桑野和可、河野重行
  • 学会等名: 日本藻類学会第44回大会
• [学会発表] 日本沿岸域に生育する2種のアオノリで起きたオルソログの分子進化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山﨑誠和、市原健介、桑野和可、宮村新一、河野重行
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] 海産緑藻の配偶子，動接合子，遊走子における眼点のサイズと分布 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮村新一、河野重行
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] Semi-in vitro アッセイ系を用いた母性遺伝における父方ミトコンドリアDNA分解の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 浦川直希、中村聡、岸本真理子、森山陽介、鈴木孝征、横川大輔、河野重行、東山哲也、佐々木成江
  • 学会等名: 日本植物学会第83回大会
• [学会発表] Exclusion and selection of male and female ogranelles during the developmental process from zygotes to the thallus in Ulva partita (2019)
  • 著者名/発表者名: Kawano, S., Mogi, Y., Yamazaki, T., Miyamura, S., Kuwano, K
  • 学会等名: 7th European Phycological Congress
  • 国際学会
• [学会発表] Carotenoid and lipid accumulation in about twenty species of Chlorophyceae and Trebouxiophyceae under comparatively high light intensity (2019)
  • 著者名/発表者名: Takeshita, T., Kudo, Y., Hosokawa, S., Erata, M., Kawano, S.
  • 学会等名: AlgalBBB 2019: The 9th International Conference on Algal Biomass, Biofuels and Bioproducts
• [学会発表] An optimum condition for promoting growth and maturation at gametophyte stage of Undaria pinnatifida by optimal screening and application for the seedling production on industrial-scale (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., Oikawa, H., Kanematsu, K., Naka, H., Kawano, S.
  • 学会等名: AlgalBBB 2019: The 9th International Conference on Algal Biomass, Biofuels and Bioproducts
• [学会発表] ヘマトコッカス藻の株間にみられる表現型とカロテノイド合成能の多様性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 柴田 洋、三浦 昌也、鈴木 辰弥、竹下 毅、河野 重行
  • 学会等名: 日本藻類学会第43回大会、京都大学・吉田南キャンパス（京都市）
• [学会発表] トレボウクシア藻の強光ストレス条件下における色素変化とオイル蓄積 (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹下 毅、柴田 洋、惠良田 真由美、宮下 英明、河野 重行
  • 学会等名: 日本藻類学会第43回大会、京都大学・吉田南キャンパス（京都市）
• [学会発表] 電顕３Dとハイパースペクトルで見るヘマトコッカス藻のカロテノイド分布とその動態 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大田 修平、河野 重行
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会、広島国際会議場（広島県・広島市）
  • 招待講演
• [学会発表] ハイパースペクトラルイメージングと画像解析による微細藻類のモニタリングシステムの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大貫 慎輔、大田 修平、河野 重行、大矢 禎一
  • 学会等名: 日本植物学会第82回大会、広島国際会議場（広島県・広島市）
  • 招待講演
• [図書] 脱石油に向けたCO2資源化技術―化学・生物プロセスを中心に― (2020)
  • 著者名/発表者名: 湯川英明（監修）竹下毅・細川聡子・河野重行（一部共著）
  • 総ページ数: 375
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781315102
• [備考] 機能性バイオプロジェクト・研究紹介
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/pls/research.html
• [備考] 機能性バイオ研究支援フォーラム・Research Topics
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/functionalbio/research.html
• [備考] 機能性バイオ研究支援フォーラム・Archives
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/functionalbio/archives.html
• [備考] 機能性バイオ研究支援フォーラム・Research Topics
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/pls/research.html
• [産業財産権] 抗精神疾患剤 (2020)
  • 発明者名: 河野 重行、竹下 毅、礒田 博子、佐々木 一憲
  • 権利者名: 河野 重行、竹下 毅、礒田 博子、佐々木 一憲
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2020-048362
  • 出願年月日: 2020