研究の目的
発酵生産環境において酵母には多様なストレスが負荷され、細胞内タンパク質の変性に伴う異常タンパク質の生成により有用機能が制限される。本研究では、研究代表者等が見出した「異常タンパク質の生成回避・検知処理機構」を中心に酵母のストレス適応機構を解明する。また、実用ストレス条件下における酵母の遺伝子発現ネットワークを解明し、ストレス適応機構の理解に役立てる。さらに、各機構の高機能化と高度利用により、優れたストレス耐性を有する産業酵母の作製と実用化に向けた開発技術を確立する。
研究項目及び実施体制(◎は研究代表者)
- 異常タンパク質生成を伴うストレスに対する酵母の適応機構の解明
(◎高木 博史/奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科) - パン酵母におけるストレス耐性の網羅的解析と新機能開発
(島 純/独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構食品総合研究所) - 清酒もろみにおける酵母の遺伝子発現ネットワーク解析とその応用
(下飯 仁/独立行政法人酒類総合研究所)
研究の内容及び主要成果
- 酵母の新規なストレス適応機構を解析し、プロリンの細胞内含量と局在の重要性、アセチル化酵素Mpr1のプロリン代謝を介した抗酸化機構、ユビキチンリガーゼRsp5の異常タンパク質処理機構等を明らかにした。
- ストレス適応に重要な各酵素(Pro1, Mpr1, Rsp5)について、遺伝子へのランダム変異導入により高機能型の変異酵素を取得し、各々の分子機構の解明と発現酵母におけるストレス耐性の向上に成功した。
- 製パンストレス環境におけるパン酵母遺伝子の網羅的な発現機能解析を行ない、膨大な遺伝子情報を蓄積した。また、セルフクローニング法による育種技術を確立し、ストレス耐性パン酵母を作製した。
- もろみ中の清酒酵母の遺伝子発現プロファイルを解析し、エタノール耐性や生産能強化のための知見を得た。また、清酒酵母のエタノール適応機構を見出し、高濃度エタノール生産への効果を実証した。
見込まれる波及効果
酵母のストレス適応機構や実用ストレス環境における産業酵母の遺伝子情報に関する膨大な知見を活用し、高度なストレス耐性産業酵母の開発が期待できる。例えば、プロリンやMpr1は冷凍生地やドライイーストの効率的生産を可能にする。また、製パンストレスと酸化ストレスとの共通性もパン酵母の育種に応用できる。さらに、エタノール高生産と耐性に関する成果は、有用な清酒酵母やバイオエタノール酵母の開発に寄与する。
主な発表論文
- Wu H., et al.: Global gene expression analysis of yeast cells during sake brewing. Appl. Environ. Microbiol., 72: 7353-7358 (2006)
- Ando A., et al.: Identification and classification of genes required for tolerance to freeze-thaw stress revealed by genome-wide screening of Saccharomyces cerevisiae deletion strains. FEMS Yeast Res., 7: 244-253 (2007)
- Sekine T., et al.: Desensitization of feedback inhibition of the Saccharomyces cerevisiae ?-glutamyl kinase enhances proline accumulation and freezing tolerance. Appl. Environ. Microbiol., 73: 4011-4019 (2007)
- Haitani Y. and Takagi H.: Rsp5 is required for the nuclear export of mRNA of HSF1 and MSN2/4 under stress conditions in Saccharomyces cerevisiae. Genes Cells, 13: 105-116 (2008)
- Iinoya K., et al.: Engineering of the yeast antioxidant enzyme Mpr1 for enhanced activity and stability.Biotechnol. Bioeng., 103: 341-352 (2009)
研究のイメージ
