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研究室紹介

応用微生物学研究室(応用生物化学科)

当研究室では、日本酒を造る酵母の特徴を遺伝子レベルで解明し、新しい性質を持った酵母の育種に利用する研究を行っています。また、自然界から有用な微生物を発見し、環境にやさしい物質生産方法などに利用する研究を行っています。

所属教員
山田 美和    
キーワード
バイオマス    微生物    生物化学    生産技術    食料・食品    

研究内容

日本酒を造る酵母(清酒酵母)の特徴を遺伝子レベルで解明する(下飯担当)

清酒酵母は、パン酵母や他の酒類製造用酵母と同様にSaccharomyces cerevisiae に分類される酵母ですが、高いアルコール生産能や優れた香味の生成など、他の酵母とは異なる特徴を持っています。私たちの研究グループは清酒酵母の特徴を遺伝子レベルで解明する研究に取り組んできました。

(1) 清酒酵母の高泡形成遺伝子に関する研究 清酒酵母は清酒もろみにおいて高泡を形成しますが、現在では生産効率の向上のため、優良酵母から分離された泡なし変異株が広く使用されています。私たちは、高泡形成の分子メカニズムを解明する目的で泡あり酵母から高泡形成に関与する遺伝子AWA1 をクローニングし、その構造を解析しました。その結果、清酒酵母の細胞表層にはAWA1 遺伝子の産物である新規細胞壁タンパク質が存在し、それが細胞表層を疎水性にするために高泡が形成されることを明らかにしました。一方、泡なし酵母では、AWA1 遺伝子の変異のために酵母が泡に結合できなくなるので泡なしとなることがわかりました。

図1

 

(2) 清酒酵母の高い発酵力の原因に関する研究

清酒酵母は清酒もろみにおいて他の酵母よりも高濃度のアルコールを生産しますが、その原因となる遺伝子は不明でした。以前は清酒酵母の高発酵力はアルコール耐性が高いためと考えられていましたが、実際に調べてみると清酒酵母のアルコール耐性は他の酵母より低いことがわかりました。ゲノム解析の結果を利用して、アルコール耐性に関与する遺伝子群を調べたところ、清酒酵母にはMSN4PPT1RIM15 などの遺伝子に変異があり、そのためにアルコール耐性は低いのですが、発酵力はかえって向上していることを明らかにしました。特にRIM15 の変異の効果は顕著で、実験室酵母のRIM15 を変異させると、アルコール感受性にはなるものの、アルコール発酵力は著しく向上しました。本研究によりアルコール耐性とアルコール発酵力は逆相関することが明らかとなり、アルコール耐性を低くすることでアルコール発酵力を向上させることができる場合もあることがわかりました。

図2   図3

今後も清酒酵母の特徴を支配している遺伝子とその働きを研究して、その成果を有用な清酒酵母の開発に応用していきたいと考えています。

 

微生物のちからを活用した「ものづくり」(山田担当)

世界的に地球環境保全に対する関心が高まっている中、微生物や生体触媒を利用した「ホワイトバイオテクノロジー」による物質生産が急速に発展しています。その際、微生物細胞は、物質を生産するための工場である「微生物工場」とよく例えられます。この工場内では、原料である炭素や窒素源が、各種の代謝ルートを通過して、製品である有用物質となって生産されます。各代謝ルートを運用し、物質を直接変換している機械は、生体触媒である酵素といえます。私の研究では、目的の物質合成に適した微生物工場の探索から始まり、続いて遺伝子組み換え技術を利用し、微生物工場内における代謝ルートの新たな構築や改変を行って、目的の有用物質を効率よく生産できるようにチューニングすることを目指します。さらに、酵素の機能改変を通じて、さらなる高効率化や新たな物質生産へと展開します。これらの研究を通して、「創りながら中身を知る」、つまり合成メカニズムの解明も可能です。

有用物質生産のターゲットとしては、医薬品、化成品原料や、バイオプラスチックに注目しています。これまで化学合成法で合成されてきた物質を微生物合成することによって、バイオプロセスだからこそ容易となる高品質なものづくりを目指しています。

また、微生物工場の強みは、バイオマスや純度の低い物質を、直接原料として利用できる可能性があることです。よって、バイオマスや未利用資源を有効活用した環境低負荷型のシステムを構築し、地球の未来に明るい技術構築ができればと考えています。   

図4図5