酵母の世界 No.43-1｜Vanrija humicola：「鏡像」のアミノ酸を食べる酵母

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。
★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、油を分解する酵素「リパーゼ」をつくる Diutina rugosa（ディウティナ・ルゴサ）を紹介しました！

今回の主役は、Vanrija humicola（ヴァンリヤ・フミコラ）です！

この酵母には、少し変わった「食べ物」があります。

それは、私たちの体をつくるアミノ酸と、鏡に映したような形をしたD型アミノ酸と呼ばれるものです。

中でも V. humicola のある株は、D-アスパラギン酸を栄養として利用できます！

土壌に暮らす酵母

V. humicola は、土壌から繰り返し分離されてきた酵母です。

基準株も土壌由来で、古い文献では Cryptococcus humicola （クリプトコッカス・フミコラ）という名前で登場します。

土壌には、植物や微生物の分解物など、さまざまな有機物が存在しますが、その中から何を栄養として利用できるかは、微生物にとって重要な性質です。

そして、あるV. humicola で見つかったのが、D-アスパラギン酸を利用する能力でした！

「鏡写し」のアミノ酸を食べる

アミノ酸には、右手と左手のように、形はよく似ていても重ね合わせることのできない2種類があります。

これをL型とD型と呼びます。

私たちを含む多くの生物が、タンパク質をつくるときに使うのは主にL型のアミノ酸です。

D型も自然界には存在しますが、L型と形が異なるため、同じようには利用できない場合があります。

ところが、V. humicola UJ1株は、このD型アミノ酸の一つであるD-アスパラギン酸を栄養として利用できます！

しかも、単に少し取り込めるという程度ではありません。

D-アスパラギン酸を、細胞をつくるための窒素源としても、エネルギーやほかの物質をつくるための炭素源としても利用して生育できます。

つまりこの酵母は、多くの生物が普段使うL型とは「向き」の違うアミノ酸を、自分の代謝の中へ取り込み、きちんと栄養として使うことができるのです。

「鏡写しだから使えない」で終わらず、それを食べるための仕組みを持っている。

ここが、V. humicola の面白いところです！

専用の分解装置を動かす

では、V. humicola はD-アスパラギン酸を、どうやって栄養として利用しているのでしょうか。

UJ1株は、周囲にD-アスパラギン酸があると、それを分解するための酵素をつくります。

その酵素が、D-アスパラギン酸オキシダーゼです！！

名前は少し難しいですが、役割はシンプルです。

この酵素はD-アスパラギン酸を分解し、炭素の部分を細胞の代謝に取り込める物質へ変えるとともに、窒素も利用できる形で取り出します。

つまり、D-アスパラギン酸という少し特殊なアミノ酸から、細胞が生きるために必要な炭素と窒素を取り出す入口になっているのです。

実際、この酵素をつくれない株では、D-アスパラギン酸を主な栄養源として生育できなくなります。

さらに面白いのは、この酵素を常に大量につくっているわけではないことです。

D-アスパラギン酸が周囲に現れると、そのときに必要な分解の仕組みを動かす。

V. humicola は、環境にある栄養に合わせて、自分の代謝を切り替えているのです！

「食べる能力」が「測る技術」になる

この特殊な分解能力は、人間にとっても利用価値があります。

UJ1株がつくるD-アスパラギン酸オキシダーゼは、D-アスパラギン酸を選んで反応しやすいという特徴を持っています。

ここで、その性質を逆に利用します！

試料にこの酵素を加え、D-アスパラギン酸に対してどれだけ反応したかを調べれば、試料の中にD-アスパラギン酸がどれくらい含まれているのかを推定できます。

つまり、酵母がD-アスパラギン酸を見分けて分解する能力を、今度は人間が「D-アスパラギン酸を見つける道具」として使うのです！

実際に、この酵素を利用したD-アスパラギン酸の測定法が開発されています。

さらに、多数の乳酸菌の中から、D-アスパラギン酸を多くつくる菌株を探すスクリーニングにも利用されました！

自然界で生きるための能力が、そのまま分析技術へつながっているのです！

おわりに

Vanrija humicola（ヴァンリヤ・フミコラ） は、多くの生物が普段使うL型とは「向き」の違うD-アスパラギン酸を、栄養として利用できます。

そのために、必要なときだけ専用の分解系を動かします。

そして、その「D-アスパラギン酸を見分けて利用する力」は、人間にとっては測定技術にもなりました。

ここで面白いのは、微生物の違いは「何をつくるか」だけでなく、「何を食べられるか」にも現れるということです！

一見すると小さな代謝の違いでも、そこには酵母が環境で生きるための工夫があり、ときには人間が利用できる新しい機能も隠れているのです！！

次回は、保存料が入った食品でも生き残る酵母を紹介します。

その名は、Zygosaccharomyces bailii（ジゴサッカロマイセス・バイリー）！

この酵母は、酸性食品や保存料に強く、清涼飲料やソースなどの腐敗原因になることがあります。

なぜ保存料が効きにくいのか。その秘密を、探ります！

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参考文献

Yamada R et al. Purification and properties of D-aspartate oxidase from Cryptococcus humicolus UJ1. Biochimica et Biophysica Acta. 1996;1294(2):153–158.

Takahashi S et al. Physiological role of D-aspartate oxidase in the assimilation and detoxification of D-aspartate in the yeast Cryptococcus humicola. Yeast. 2005;22(15):1203–1212.

Imanishi D et al. Draft Genome Sequence of the Yeast Vanrija humicola (Formerly Cryptococcus humicola) Strain UJ1, a Producer of D-Aspartate Oxidase. Genome Announcements. 2018;6(11).

Kato S et al. Enzymatic Assay for D-Aspartic Acid Using D-Aspartate Oxidase and Oxaloacetate Decarboxylase. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 2012;76(11):2150–2152.

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