酵母の世界 No.35-1｜Blastobotrys adeninivorans：アデニンを「食べる」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。
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前回は、メタノールを利用する酵母 Ogataea polymorpha（オガタエア・ポリモルファ） を紹介しました。

今回の主役は、Blastobotrys adeninivorans（ブラストボトリス・アデニニボランス）です！

この酵母の特徴は、アデニンを栄養として利用できること。

アデニンは、DNAをつくる材料の一つであり、いわゆるプリン体の一種です。
私たちの体ではプリン体を分解すると尿酸が生じ、尿酸が増えすぎると痛風につながります。

土壌から見つかった「アデニンを食べる酵母」

B. adeninivorans は、1984年にオランダの土壌から分離された酵母です。

研究者が調べると、この酵母はアデニンだけでなく、キサンチンや尿酸など、複数のプリン化合物を炭素源や窒素源として利用できることが分かりました。
つまり、これらの物質を分解し、自分の細胞をつくる材料やエネルギー獲得に利用できるということです。

種小名の adeninivorans も、この「アデニンを利用する」という特徴に由来します！

アデニンは生命にとって重要な分子です。
しかし、この酵母にとっては、DNAの材料であるだけでなく、分解して利用できる栄養でもあるのです。

尿酸を分解する

では、アデニンを「食べる」とは、細胞の中で何が起きているのでしょうか？

アデニンはそのままエネルギーとして使えるわけではありません。
B. adeninivorans は、いくつもの反応を使ってプリン化合物を段階的に分解していきます。

アデニンなどのプリン化合物は、途中でヒポキサンチンやキサンチンを経て、尿酸へと変化します。

ここは人間との違いが分かりやすいところです。

人間ではプリン体の分解は基本的に尿酸までです。
そのため、尿酸が体内に増えすぎると結晶化し、関節にたまることで痛風発症につながります。

一方、B. adeninivorans は尿酸をさらに分解する仕組みを持っています。
ゲノム解析でも、プリン化合物を段階的に分解して、さらに単純な物質へ変えるための遺伝子群が確認されています。

面白いことに、アデニンや尿酸を与えて育てると、細胞内にはプリン分解に関わる反応を行うための小さな区画も発達します！

つまり、この酵母は、

プリンを減らす食品加工への可能性

この能力は、食品分野でも研究されています。

食品に含まれるプリン体は、体内で分解されると尿酸の材料になります。
そこで考えられたのが、食べる前にプリン化合物を酵素で分解してしまう方法です。

研究では、B. adeninivorans が持つアデニンを分解する酵素を多くつくらせ、その酵素を牛肉のブロス（汁）へ加える実験が行われました。

すると、アデニン濃度は70.4 mg/Lから0.4 mg/Lまで低下しました。

さらに、キサンチンやヒポキサンチンなど別のプリン化合物を分解する酵素も組み合わせ、食品中の尿酸の材料になる物質をまとめて減らす研究も行われています。

ここで利用されているのは、酵母そのものを食品へ加える方法ではなく、酵母が持つプリン分解酵素です。

自然界では、自分が栄養を得るための能力だったものが、人間にとっては食品中のプリンを減らすための技術になる可能性があるわけです。

ちなみに、B. adeninivorans には、このほかにも幅広い栄養利用能力や高温への耐性などが知られており、将来性の高い酵母の一つとして存在しています！

おわりに

Blastobotrys adeninivorans（ブラストボトリス・アデニニボランス）は、アデニンなどのプリン体を分解し、自分の生育に利用できる酵母です。

この酵母にとって、プリン体を分解する能力は、自然界で栄養を得るための代謝の一つです。

ところが人間の視点で見ると、その能力には別の価値が生まれます。

実際に、B. adeninivorans が持つプリン分解酵素を利用して、食品中のプリンを減らす研究が行われています。

つまり、人間が新しい反応を一から作り出したのではなく、自然界の酵母がすでに持っていた代謝能力を見つけ、それを別の目的に利用しようとしているのです。

自然界には、私たちがまだ利用していない代謝がたくさんあります。

次回は、Scheffersomyces stipitis（シェファーソマイセス・スティピティス）を紹介します！

この酵母は、木材に多く含まれるキシロースという糖を発酵して、エタノールをつくることができます。

ただし、その発酵には少し変わった特徴があります。

酸素が多すぎても、少なすぎてもよくない。

次回は、酸素量によってキシロースの使い道が変わる S. stipitis を通して、発酵と呼吸のあいだで細胞が代謝をどう切り替えているのかを見ていきます！

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参考文献

Middelhoven WJ et al. Trichosporon adeninovorans sp. nov., a yeast species utilizing adenine, xanthine, uric acid, putrescine and primary n-alkylamines as the sole source of carbon, nitrogen and energy. Antonie van Leeuwenhoek. 1984;50(4):369–378.

Kunze G et al. The complete genome of Blastobotrys (Arxula) adeninivorans LS3 – a yeast of biotechnological interest. Biotechnology for Biofuels. 2014;7:66. 

Jankowska DA et al. Arxula adeninivorans recombinant adenine deaminase and its application in the production of food with low purine content. Journal of Applied Microbiology. 2013;115(5):1134–1146.

Trautwein-Schult A et al. Arxula adeninivorans xanthine oxidoreductase and its application in the production of food with low purine content. Journal of Applied Microbiology. 2013;115(3):796–807.

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