酵母を用いたL-アラビノースからエタノールへの高効率変換系の確立

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18760592
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生物機能・バイオプロセス
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 渡邉 誠也 京都大学, 生存基盤科学研究ユニット, 特定研究員 (90379032)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2008
• キーワード: バイオマス / エタノール / サッカロミセス酵母 / L-アラビノース / 生物発酵

研究概要

木質系バイオマスに含まれる五炭糖であるL-アラビノースのサッカロミセス酵母によるエタノール発酵を目指して、窒素固定細菌の一種から既知のものとは全く異なるL-アラビノース代謝経路の生化学的・分子生物学的・構造生物学的解析を行った。また、リグノセルロースバイオマス成分の1つであるL-ラムノースにおいても、本経路と類似の新規経路が酵母および細菌の一部に存在することを初めて発見した。

研究成果

• [雑誌論文] Novel modified version of non-phosphorylated sugar metabolism: an alternative L-rhamnose pathway of Sphingomonas sp (2009)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S. and Makino, K
  • 雑誌名: FEBS Journal 276 (6) ページ: 1554-1567
• [雑誌論文] Eukaryotic and bacterial gene clusters related to an alternative pathway of non-phosphorylated L-rhamnose metabolism (2008)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S., Saimura, M. and Makino, K
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 283 ページ: 20372-20382
• [雑誌論文] Gene cloning of cold-adapted isocitrate lyase from a psychrophilic bacterium, Colwellia psychrerythraea, and analysis of amino acid residues involved in cold adaptation of this enzyme (2008)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., Watanabe, S., Yamaoka, N. and Takada, Y
  • 雑誌名: Extremophiles 12 (1) ページ: 107-117
• [雑誌論文] Bioethanol production from xylose by recombinant Saccharomyces cerevisiae expressing xylose reductase, NADP+-dependent xylitol dehydrogenase, and xylulokinase (2008)
  • 著者名/発表者名: Matsushika, A., Watanabe, S., Kodaki, T., Makino, K. and Sawayama, S
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 105 (3) ページ: 296-299
• [雑誌論文] Expression of protein engineered NADP+-dependent xylitol dehydrogenase increases ethanol production from xylose in recombinant Saccharomyces cerevisiae (2008)
  • 著者名/発表者名: Matsushika, A., Watanabe, S., Kodaki, T., Makino, K., Inoue, H., Murakami, K. and Sawayama, S
  • 雑誌名: Applied Microbiology and Biotechnology 81 (2) ページ: 243-255
• [雑誌論文] Ethanol production from xylose by recombinant Saccharomyces cerevisiae expressing protein engineered NADP+-dependent xylitol dehydrogenase (2007)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S., Saleh, A.A., Pack, S.P., Annaluru, N., Kodaki, T. and Makino, K
  • 雑誌名: Journal of Biotechnology 130 (3) ページ: 316-319
• [雑誌論文] Protein engineering of xylose reductase from Pichia stipitis for improved NADH-specificity and the efficient ethanol production from xylose in recombinant Saccharomyces cerevisiae (2007)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S., Saleh, A.A., Pack, S.P., Annaluru, N., Kodaki, T. and Makino, K
  • 雑誌名: Microbiology 153 (9) ページ: 3045-3055
• [雑誌論文] The Positive effect of the decreased NADPH-preferring activity of xylose reductase from Pichia stipitis on the ethanol production using xylose-fermenting recombinant Saccharomyces cerevisiae (2007)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S., Pack, S.P., Saleh, A.A., Pack, S.P., Annaluru, N., Kodaki, T. and Makino, K
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology and Biochemistry 71 (5) ページ: 1365-1369
• [雑誌論文] Thermostabilization of Pichia stipitis xylitol dehydrogenase by mutation of structural zinc binding loop (2007)
  • 著者名/発表者名: Annaluru, N., Watanabe, S., Pack, S.P., Saleh, A.A., Kodaki, T., and Makino, K
  • 雑誌名: Journal of Biotechnology 129 (4) ページ: 717-722
• [雑誌論文] Preliminary crystallographic analysis of L-2-keto-3-deoxyarabonate dehydratase involved in an alternative bacterial pathway of L-arabinose metabolism (2007)
  • 著者名/発表者名: Shimada, N., Mikami, B., Watanabe, S., Makino, K
  • 雑誌名: Acta Crystallographica F63 (5) ページ: 393-395
• [雑誌論文] Base sequence- and Tm-dependent DNA oligomer separation by open tubular capillary columns carrying complementary DNA oligomers as probes (2007)
  • 著者名/発表者名: Devarayapalli, K.C., Pack, S.P., Kamisetty, N.K., Nonogawa, M., Watanabe, S., Kodaki, T. and Makino, K
  • 雑誌名: Anaytical and Bioanalytical Chemistry 388 (4) ページ: 919-928
• [雑誌論文] Efficient preparation of amine-modified oligodeoxynucleotide using modified H-phosphonate chemistry for DNA microarray fabrication (2007)
  • 著者名/発表者名: Kamisetty, N.K., Pack, S.P., Nonogawa, M., Devarayapalli, K.C., Watanabe, S., Kodaki, T. and Makino, K
  • 雑誌名: Anaytical and Bioanalytical Chemistry 387 (6) ページ: 2027-2035
• [雑誌論文] Cloning, expression and characterization of bacterial L-arabinose 1-dehydrogenase involved in an alternative pathway of L-arabinose metabolism (2006)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S., Kodaki, T. and Makino, K
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 281 (5) ページ: 2612-2623
• [雑誌論文] A novel α-ketoglutaric semialdehyde dehydrogenase : evolutionary insight into an alternative pathway of bacterial L-arabinose metabolism (2006)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S., Kodaki, T. and Makino, K
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 281 (39) ページ: 28876-28888
• [雑誌論文] Identification and characterization of L-arabonate dehydratase, L-2-keto-3-deoxyarabonate dehydratase and L-arabinolactonase involved in an alternative pathway of L-arabinose metabolism : novel evolutionary insight into sugar metabolism (2006)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S., Shimada, N., Tajima, K., Kodaki, T. and Makino, K
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 281 (44) ページ: 33521-33536
• [雑誌論文] Construction of various mutants of xylose metabolizing enzymes for efficient conversion of biomass to ethanol (2006)
  • 著者名/発表者名: Saleh, A.A., Watanabe, S., Annaluru, N., Kodaki, T. and Makino, K
  • 雑誌名: Nucleic Acids Symposium Series 50 ページ: 279-280
• [雑誌論文] Site-directed mutagenesis of a yeast gene for improvement of enzyme thermostability (2006)
  • 著者名/発表者名: Annaluru, N., Watanabe, S., Saleh, A.A., Kodaki, T., and Makino, K
  • 雑誌名: Nucleic Acids Symposium Series 50 ページ: 281-282
• [雑誌論文] Metabolic fate of L-lactaldehyde derived from an alternative L-rhamnose pathway
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S., Piyanart, S. and Makino, K
  • 雑誌名: FEBS Journal 275 (20) ページ: 5139-5149
• [雑誌論文] α-Ketoglutaric semialdehyde dehydrogenase isozymes involved in metabolic pathways of D-glucarate, D-galactarate and hydroxy-L-proline : molecular and metabolic convergent evolution
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S., Yamada, M., Ohtsu, I. and Makino, K
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 282 (9) ページ: 6685-6695
• [学会発表] タンパク質工学を用いたキシロース発酵性サッカロミセス酵母の育種 (2008)
  • 著者名/発表者名: 渡辺誠也
  • 学会等名: 第60回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 東北学院大学(仙台)
  • 年月日: 20080827-29
• [学会発表] Bioethanol production from xylose by recombinant Saccharomyces cerevisiae expressing xylose reductase, NADP+-dependent xylitol dehydrogenase, and xylulokinase (2008)
  • 著者名/発表者名: Matsushika, A., Watanabe, S., Kodaki, T., Makino, K. and Sawayama, S
  • 学会等名: 30th Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals
  • 発表場所: ニューオリンズ
  • 年月日: 20080504-07
• [学会発表] 改変型キシリトール脱水素酵素を導入した酵母を用いたキシロースからのエタノール生産 (2008)
  • 著者名/発表者名: 松鹿昭則、渡辺誠也、小瀧努、牧野圭祐、井上宏之、村上克治、澤山茂樹
  • 学会等名: 2008年度農芸化学会年会
  • 発表場所: 名城大学(名古屋)
  • 年月日: 20080326-29
• [学会発表] 新規アラビノース代謝経路に関与するL-2-ケト-3-デオキシアラボネート脱水酵素の結晶構造解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 嶋田直子、三上文三、渡辺誠也、小瀧努、牧野圭祐
  • 学会等名: 第30回日本分子生物学会年会・第80回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(横浜)
  • 年月日: 20071211-15
• [学会発表] 新規L-アラビノース代謝経路に関与するL-2-keto-3-deoxyarabonate脱水酵素のX線構造解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 嶋田直子、三上文三、渡辺誠也、小瀧努、牧野圭祐
  • 学会等名: 日本結晶学会2007年度年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20071201-02
• [学会発表] 改変型酵素を導入した酵母によるキシロースからのエタノール生産 (2007)
  • 著者名/発表者名: 松鹿昭則、渡辺誠也、小瀧努、牧野圭祐、井上宏之、村上克治、澤山茂樹
  • 学会等名: 第59回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 広島大学(広島)
  • 年月日: 20070925-27
• [学会発表] 細菌由来の新規なL-アラビノース代謝経路 (2007)
  • 著者名/発表者名: 渡辺誠也、牧野圭祐
  • 学会等名: 分子生物学会 第7回春季シンポジウム
  • 発表場所: 淡路島
  • 年月日: 20070422-24
• [学会発表] 脱水素酵素の補酵素特異性改変と安定化戦略 (2007)
  • 著者名/発表者名: 渡辺誠也、小瀧努、牧野圭祐
  • 学会等名: 酵素化学ミニシンポジウム
  • 発表場所: 京都大学(京都)
  • 年月日: 2007-09-10
• [学会発表] Highly Efficient Bioethanol Fermentation from Woody Biomass (2007)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S., Kodaki, T. and Makino, K
  • 学会等名: Core university program joint seminar between Seoul national university and Kyoto university ~Research and development for environmentally clean renewable energy production system~
  • 発表場所: 京都大学(京都)
  • 年月日: 2007-07-20
• [学会発表] 酵母の糖代謝経路の新展開-バイオエタノール生産への活用から新規代謝経路の発見まで- (2007)
  • 著者名/発表者名: 渡辺誠也
  • 学会等名: 第10回真核微生物交流会
  • 発表場所: 酒類総合研究所(広島)
  • 年月日: 2007-06-22
• [学会発表] Improvement of thermostability of Pichia stipitis xylitol dehydrogenase by protein engineering (2006)
  • 著者名/発表者名: Annaluru, N., Watanabe, S., Saleh, A. A., Kodaki, T. and Makino, K
  • 学会等名: 第33回核酸化学シンポジウム
  • 発表場所: 大阪市
  • 年月日: 20061120-22
• [学会発表] New approach for conversion of biomass to ethanol by recombinant Saccharomyces cerevisiae (2006)
  • 著者名/発表者名: Saleh, A. A., Watanabe, S., Annaluru, N., Kodaki, T. and Makino, K
  • 学会等名: 第33回核酸化学シンポジウム
  • 発表場所: 大阪市
  • 年月日: 20061120-22
• [学会発表] Development of highly efficient fermentation process for bioethanol from biomass based on novel protein engineering approach (2006)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S., Saleh, A. A., Annaluru, N., Shimada, N., Kodaki, T. and Makino, K
  • 学会等名: 5大学連携21COE合同国際シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20061005-08
• [学会発表] A novel bacterial L-arabinose pathway: cloning, expression and characterization of the metabolic genes (2006)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S., Shimada, N., Kodaki, T. and Makino, K
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Sustainable Energy System
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20060930-1001
• [学会発表] Construction of thermostable xylitol dehydrogenase, a key enzyme for efficient bioethanol production from xylose (2006)
  • 著者名/発表者名: Annaluru, N., Watanabe, S., Saleh, A. A., Kodaki, T. and Makino, K
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Sustainable Energy System
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20060930-1001
• [学会発表] New approach for conversion of biomass to ethanol by recombinant Saccharomyces cerevisiae (2006)
  • 著者名/発表者名: Saleh, A. A., Watanabe, S., Annaluru, N., Kodaki, T. and Makino, K
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Sustainable Energy System
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20060930-1001
• [学会発表] A novel L-arabonate dehydratase involved in an alternative bacterial pathway of L-arabinose metabolism (2006)
  • 著者名/発表者名: Shimada, N., Watanabe, S., Shimada, N., Kodaki, T. and Makino, K
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Sustainable Energy System
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20060930-1001
• [学会発表] Bioethanol from woody biomass by supercritical water technology -highly efficient ?fermentation process for bioethanol from woody biomass- (2006)
  • 著者名/発表者名: Makino, K., Saleh, A. A., Watanabe, S., Annaluru, N., and Kodaki, T
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Sustainable Energy System
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 20060930-1001
• [学会発表] Improvement of thermostability of Pichia stipitis xylitol dehydrogenase by protein engineering (2006)
  • 著者名/発表者名: Annaluru, N., Watanabe, S., Saleh, A. A., Kodaki, T. and Makino, K
  • 学会等名: 20th IUBMB International Congress of Biochemistry and Molecular Biology and 11th FAOBMB Congress
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20060618-23
• [学会発表] New approach for conversion of biomass to ethanol by recombinant Saccharomyces cerevisiae (2006)
  • 著者名/発表者名: Saleh, A. A., Watanabe, S., Annaluru, N., Kodaki, T. and Makino, K
  • 学会等名: 20th IUBMB International Congress of Biochemistry and Molecular Biology and 11th FAOBMB Congress
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20060618-23
• [学会発表] Crystallization and preliminary X-ray diffraction studies of xylitol dehydrogenase, a key enzyme for bioethanol production using yeas (2006)
  • 著者名/発表者名: Matsui, J., Watanabe, S., Kodaki, T. and Makino, K
  • 学会等名: 20th IUBMB International Congress of Biochemistry and Molecular Biology and 11th FAOBMB Congress
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20060618-23
• [学会発表] A novel bacterial L-arabinose pathway -cloning, expression and characterization of the metabolic genes- (2006)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S., Kodaki, T. and Makino, K
  • 学会等名: 20th IUBMB International Congress of Biochemistry and Molecular Biology and 11th FAOBMB Congress
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 20060618-2
• [学会発表] 五炭糖代謝に関わる酵素のタンパク質工学による機能改変 (2006)
  • 著者名/発表者名: 依田香子、渡辺誠也、小瀧努、牧野圭祐
  • 学会等名: 日本化学会第86回春季大会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 20060327-30
• [図書] 産業酵素の応用技術と最新動向, (第24章 サッカロミセス酵母による効率的キシロース発酵を目指したキシリトール脱水素酵素の機能変換) (2009)
  • 著者名/発表者名: 渡辺誠也
  • 出版者: シーエムシー出版
• [図書] 化学と教育56 (12), (木質系バイオマスからのエタノール生産のための微生物育種戦略) (2008)
  • 著者名/発表者名: 渡辺誠也
• [図書] 生物工学会誌 第11号, (-さまざまな微生物による燃料用エタノール製造法の進展-タンパク質工学を用いたキシロース発酵性サッカロミセス酵母の育種) (2008)
  • 著者名/発表者名: 渡辺誠也
  • 総ページ数: 19
• [図書] 生化学 79 (11), (微生物の糖代謝経路に見られる新規な進化学的関係) (2007)
  • 著者名/発表者名: 渡辺誠也、牧野圭祐
  • 総ページ数: 1059-1064
• [図書] バイオサイエンスとインダストリー 65 (12), (タンパク質工学によるキシロース発酵酵母作出の新戦略) (2007)
  • 著者名/発表者名: 渡辺誠也、牧野圭祐
  • 総ページ数: 18-20
• [図書] 化学フロンティア17, (新エネルギー最前線-環境調和型エネルギーシステムの構築を目指して-バイオエタノール-遺伝子工学による発酵技術の改変-) (2006)
  • 著者名/発表者名: 渡辺誠也、小瀧努、牧野圭祐
  • 総ページ数: 107-114
• [産業財産権] リンカー化合物、プローブ及びプローブ固定化担体 (2006)
  • 発明者名: 牧野圭祐、小瀧努、渡辺誠也、スンピル パック、野々川満、和田啓男、吉田安子、山田和成
  • 権利者名: 京都大学、日本碍子、信和化工 (株)
  • 産業財産権番号: PCT/JP2006/304641
  • 出願年月日: 2006-03-09
  • 外国
• [産業財産権] L-アラビノースをα-ケトグルタル酸に変換する方法、この方法に使用する酵素、該酵素をコードする遺伝子、該遺伝子を含む組換え微生物 (2005)
  • 発明者名: 牧野圭祐、小瀧努、渡辺誠也、和田啓男
  • 権利者名: 京都大学、信和化工(株)
  • 産業財産権番号: 特願2005-303253
  • 出願年月日: 2005-10-18