酵母の世界 No.31-3｜Lipomyces kononenkoae：デンプンから油をつくる可能性を秘めた酵母

このシリーズでは、パン・ビール・ワイン・発酵食品を支える酵母たちを、研究者の視点から少しずつ紹介しています。
★酵母の世界を巡るためのまとめページを作成してます↓

前回は、デンプンを自分で分解して利用できる Schwanniomyces occidentalis（シュワニオマイセス・オクシデンタリス）を紹介しました。

今回の主役は、Lipomyces kononenkoae（リポマイセス・コノネンコアエ）です！

この酵母も、土壌に暮らし、デンプンを分解して利用することができます。

しかし、面白いのはその先です。

今回は、酵母が炭素を取り込み、それを脂質として蓄えるまでを見ていきます！

土壌でデンプンを利用する

L. kononenkoae は、土壌から分離される酵母です。

現在の基準株も土壌由来で、世界各地の土壌からこの種の分離例があります。

土壌には植物由来のさまざまな有機物がありますが、その中にはデンプンのような大きな分子も含まれます。

デンプンはグルコースが長くつながった物質なので、そのままでは細胞内へ取り込めません。

そこで L. kononenkoae は、α-アミラーゼなどの酵素を細胞の外へ出し、デンプンを小さな糖へ分解します。

さらに、枝分かれしたデンプンをほどく活性も持っています！

現在の L. kononenkoae の基準株CBS 2514を用いた研究では、培地に含まれるデンプンの92%を利用したことが報告されました。

つまり、この酵母は細胞の外にある大きな炭素源を、自分で利用できる形へ変えて取り込むことができるのです！

取り込んだ糖を「油」に変える

ここからが Lipomyces 属らしい特徴です！

L. kononenkoae は、細胞内に多くの脂質を蓄積できる油脂酵母としても研究されています。

酵母にとって、糖は増殖するための重要な炭素源です。

しかし、糖が豊富に残っていても、窒素など別の栄養素が不足すると、それ以上細胞を増やしにくくなります。

すると、取り込んだ炭素の使い道が変わります。

増殖に使う
↓
増殖に必要な栄養が不足する
↓
余った炭素を脂質として蓄える

という流れです。

植物が種子に油をためるように、一部の酵母も余った炭素を脂質へ変え、細胞内に蓄えることができます。

実際、台湾の森林から分離された L. kononenkoae BF1S57株をグルコースで培養した研究では、96時間で11.3 g/Lの脂質が生産されました。

菌体量に対する脂質の割合は約60%に達しています！

もちろん、これは特定の株と培養条件で得られた結果であり、すべての L. kononenkoae が同じ量の油をためるわけではありませんので、そこは注意が必要となります。

デンプンから油をつくれる？

ここで一つ、面白い可能性が見えてきます。

L. kononenkoae には、

デンプンを分解して糖を得る能力

と、

糖から脂質をつくって蓄える能力

の両方があります。

それなら、デンプンのような安価な炭素資源から、酵母に油をつくらせることもできそうです！！

ただし、ここはまだ分けて考える必要があります。

高い脂質蓄積が報告されたBF1S57株の研究では、炭素源としてグルコースが使われています。

したがって、「デンプンを直接、高効率で油へ変換できる」ところまで一続きに実証されたわけではありません。

現時点では、デンプン利用と脂質蓄積という二つの能力を持つ酵母として捉えるのが適切です。

それでも、この組み合わせは興味深いものですね！！

微生物に油をつくらせる

酵母がつくる脂質は、植物油と同じように、さまざまな物質生産の原料になります。

BF1S57株から得られた脂質では、炭素数16〜18の脂肪酸が大部分を占め、それを原料につくられたバイオディーゼルは、研究上、米国とEUの燃料規格を満たしました。

もちろん、これは「L. kononenkoae からつくられた燃料がすでに広く使われている」という意味ではありません。

重要なのは、農作物から油を採るだけでなく、微生物にデンプンを与えて油をつくらせるという選択肢があるということです。

おわりに

Lipomyces kononenkoae（リポマイセス・コノネンコアエ） は、土壌にあるデンプンを分解して利用できる酵母です。

そして、取り込んだ糖は増殖に使われるだけでなく、条件によっては細胞内に脂質として蓄積されます。

デンプン分解と高い脂質生産が、一つの工程として直接つながるかは、さらに検証が必要です。

それでも、

大きな炭素資源をほどく
→ 糖として取り込む
→ 別の物質へつくり変える

という流れを見ると、酵母は単に「糖を食べる微生物」ではなく、炭素の形を変える小さなものづくり工場として見えてきますね！！

次回は、油を分解するはずの酵素が、香り成分をつくる道具にもなる少し不思議な酵母を紹介します。

その名は、Diutina rugosa（ディウティナ・ルゴサ）。

この酵母がつくるリパーゼは、油脂を分解するだけでなく、条件を変えるとエステルなどの物質合成にも利用できるのです！

次回は、酵母が持つ「分解する力」が、どうやって「ものづくりの力」に変わるのかを見ていきましょう！

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参考文献

Yamazaki A et al. Lipomyces chichibuensis sp. nov., isolated in Japan, and reidentification of the type strains of Lipomyces kononenkoae and Lipomyces spencermartinsiae. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 2014;64:2566–2572.

Lategan PM et al. A strain of Saccharomyces cerevisiae which grows efficiently on starch. Enzyme and Microbial Technology. 1985;7(5):220–224.

Chen L et al. Cellular lipid production by the fatty acid synthase-duplicated Lipomyces kononenkoae BF1S57 strain for biodiesel making. Renewable Energy. 2020;151:707–714. 

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