研究紹介


1.木質系バイオマスや廃棄物を自動車燃料エタノールや有価物質へ転換する機能を持つ微生物の研究

 近年石油の代替燃料として、トウモロコシ等の植物に含まれるデンプンを原料とするバイオエタノール(バイオ燃料)の生産が世界的に広がっており、テレビなどでも頻繁に紹介されるようになってきました。ここに原油価格の高騰も影響し、バイオエタノールの需要拡大に伴って原料穀物の価格も高騰を始めました。これら穀物は当然私たち人間の食糧でもあるため、バイオエタノール生産に圧迫されて食材価格の上昇も既に昨年頃から始まっています。このため、食糧とバイオエタノール原料の双方をそれぞれ別に確保する必要が出てきました。
 現在、バイオエタノールはデンプンを構成しているグルコース(ブドウ糖)を原料としていますが、グルコースは植物を形作っているセルロースの主成分でもあります。デンプンと異なりセルロースは安定な物質であるため、ここからグルコースを取り出すのは簡単ではありません。しかし、自然の森林などにおいては大木でも枯れれば次第に腐り、いずれ形が無くなってしまいます。このときに働いているのは糸状菌や担子菌、細菌などの微生物で、特に糸状菌(カビ)は多量に強力なセルロース分解酵素(セルラーゼ)を分泌・生産することが知られています。そこで私たちは微生物(特に糸状菌)由来の酵素を用いて木質系バイオマス資源の有効利用に関する研究を行っています。

図1.セルラーゼ高生産糸状菌 Aspergillus aculeatus

 またバイオエタノール以外にも、微生物のなかには医薬品原料や工業製品の原料など価値のある物質を生産する能力を持つものが少なくありません。これらの微生物は、安価な、あるいは価値がないどころか迷惑扱いされている廃棄物のような物質を生活に役立つ物質に変換できるため、その利用が有望視されています。私たちはこのような微生物の探索や機能の利用を目指しています。



2.糸状菌(カビ)などの有用酵素遺伝子とその制御機構

 上記のように、糸状菌を含む微生物には有用な能力を持つものがいます。将来工業的に実際に利用するためには、できるだけその能力を向上させた菌を使用することが望まれ、先ずはその能力に関わっている酵素タンパク質の特徴などを知る必要があります。
 例えばセルラーゼ生産菌に関しては、多数のセルラーゼをコードしている遺伝子を単離して詳細に構造を調べたり、その遺伝子がどのような状況時に発現しているかというような制御機構を調べる必要があります。このような情報を集めることが、菌の能力を遺伝子工学を用いて人為的に向上させた菌株の作製(分子育種という)への第一歩となります。最終的にはセルラーゼ生産能を向上させた糸状菌の分子育種や、糸状菌由来セルラーゼ遺伝子をアルコール発酵能のある酵母に導入し、セルロースからワンステップで効率良くバイオエタノールを生産することを目指します。

図2.ヘミセルラーゼ遺伝子を人為的に高発現させた A. aculeatus



3.分子微生物学(基礎科学)における糸状菌(カビ)の魅力

 糸状菌は有用酵素の宝庫と呼ばれるくらい多種類の有用酵素を多量に分泌・生産します。このような産業的な魅力は勿論ですが、それ以外にも糸状菌を研究材料とする重要な意味があります。糸状菌は大きく見れば酵母の仲間で、担子菌(キノコ)も同じ仲間です。一般的に酵母は原始的で真核生物の中で最も単純な構造を持ち、糸状菌は酵母よりは複雑で、酵母と違って多細胞であり、分化もします。担子菌は糸状菌よりもさらに複雑です。
 基礎的な研究を行う場合、その対象は単純な生物であったほうが実験結果も明確に得られやすく、研究の早く進めやすいです。そういう意味で酵母は研究対象に適しており、実際に極めて研究は進んでいます。しかし、一部例外はありますが、基本的に酵母は単細胞での生活です。これに対し、糸状菌は最低限ですが分化し、部位によって役割の異なる細胞が出現するため、分化する最も原始的な生物といえ、興味深い研究対象です。糸状菌における遺伝子転写因子等の基礎研究はこのような科学的な価値だけでなく、「2」の項目に記した分子育種にも応用できるため、当研究室では積極的に研究を進めています。

図3.A. aculeatus のプロトプラスト