バクテリアセルロース生産性向上のためのセルロース生合成代謝経路の解析

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15550178
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 藤原 政司 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (30229075)
• 研究分担者: 惠良田 知樹 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30213581) ; 棟方 正信 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50261326) ; 高井 光男 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50002019) ; 田島 健次 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00271643)
• キーワード: バクテリアセルロース / 酢酸菌 / グルコース代謝経路 / 生産性 / ラベル化セルロース / 高分解能NMR測定

研究概要

セルロースは主に植物の構造物質として知られる多糖類であるが、酢酸菌の一種にセルロースを菌体外多糖類として培地中に産生するものがある。このセルロースはバクテリアセルロースと呼ばれ、新規な工業素材として期待されているが、生産性の改善が商業的利用にとって不可欠である。セルロース収量の大幅な改善を望むには、原料として与えたグルコースがどのような代謝経路を通るか、またその経路の過程においてどのような制御をうけているかを解明する必要がある。そこで本研究では原料グルコースの特定の炭素原子をあらかじめラベルしておき、そのラベルが最終産物であるセルロース中のどの炭素原子に残っているかを調べ、代謝経路を予測することにした。
始めに、各炭素核が安定同位体でラベル化された1-^<13>Cグルコース、2-^<13>Cグルコース、6-^<13>Cグルコースを培地に添加して、酢酸菌Acetobacter xylinumを培養することによりラベル化セルロースを生合成させた。得られたラベル化セルロースを加水分解した後、HPLCシステムによって精製し、ラベル化グルコースを得た。次に、これらのラベル化グルコースについて固体高分解能NMR測定を行い、ラベル化グルコース上のラベル化炭素の位置がセルロース中のどの炭素核に転移したかを解析した。ラベル化炭素の転移率を求めることにより、グルコースからセルロースまでの代謝経路の割合について詳細に定量することができた。その結果によると、セルロース中に取り込まれたグルコースが通過してきた代謝経路の割合は、直接重合経路が16%、Embden Meyerhof経路が0%、Entner-Doudoroff経路が41%、Pentose phosphate cycle経路が35%、グルコース新生経路が8%であると見積もられた。