酵母の世界 No.41-1｜Schwanniomyces occidentalis：デンプンを自分で分解する酵母

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、感染症と夏型過敏性肺炎という二つのかたちで人に関わる Trichosporon asahii（トリコスポロン・アサヒイ）を紹介しました。

今回の主役は、Schwanniomyces occidentalis（シュワニオマイセス・オクシデンタリス）です！

パンやビールづくりで使われる Saccharomyces cerevisiae （サッカロマイセス・セレビシエ）は、糖であるグルコースを発酵する・利用するのが得意です。

しかし、グルコースが連なったデンプンをそのまま効率よく利用することはできません。

ところが、酵母の中にはデンプンを自分で分解し、栄養として利用できる種類もいます。

S. occidentalis は、その代表的な酵母の一つです！

デンプンを食べられる大きさにする

S. occidentalis は、土壌などから分離されてきた酵母です。

この酵母の特徴は、デンプンを分解する酵素を細胞の外へ出せることです。

デンプンは、多数のグルコースがつながった大きな分子です。

そのままでは酵母は利用することができません。

そこでまず、α-アミラーゼという酵素を放出し、この酵素がデンプンの長い鎖を途中で切り、短い糖の鎖へ変えます。

さらに、α-グルコシダーゼを放出し、短くなった糖が単一の糖になるまで分解することで、酵母が利用できるようになります。

つまり、

大きなデンプン
→ 短い糖の鎖
→ 利用しやすい糖

という段階を経て、デンプンを栄養として利用しているのです。

Saccharomycopsis fibuligera とは何が違う？

デンプンを利用する酵母としては、以前紹介した Saccharomycopsis fibuligera（サッカロマイコプシス・フィブリゲラ） も有名です。

どちらの酵母も、まずα-アミラーゼを使って、大きなデンプンを短い糖の鎖へと切り分けます。

違いが現れるのは、その次です！

デンプンは、グルコースが長い鎖のようにつながってできています。

多くの部分ではグルコースがまっすぐにつながり、ところどころに枝分かれがあります。

S. fibuligera では、グルコアミラーゼがデンプンやその断片の端からグルコースを一つずつ切り出します。

この酵素は、まっすぐな部分だけでなく、枝分かれ部分の結合にも作用できます。

一方、S. occidentalis では、α-アミラーゼによってできた短い糖の鎖を、α-グルコシダーゼが主に利用します。

糖鎖の端から、まっすぐにつながった部分の結合を切り、グルコースを外していきます。

この結合を専門的にはα-1,4結合と呼びます。

つまり、

S. fibuligera：デンプンやその断片から直接グルコースを切り出す
S. occidentalis：まずデンプンを短い糖にしてから、その短い糖をグルコースまで分解する

という違いがあります。

どちらも最終的にはデンプンを栄養として利用できますが、そこへ至るまでに使う酵素と、得意とする糖の大きさが少し異なります。

デンプンから発酵へ

このデンプン分解能力は、バイオものづくりにも利用できる可能性があります。

デンプンを原料にエタノールをつくる場合、通常はまずデンプンを糖へ分解し、その糖を酵母に発酵させます。

そこで研究されたのが、S. occidentalis と S. cerevisiae の組み合わせです。

S. occidentalis にデンプンを分解させ、そこで生じた糖を、アルコール発酵が得意な S. cerevisiae に利用させます。

つまり、

デンプンを分解する酵母
＋
アルコールをつくる酵母

という役割分担です。

さらに、S. occidentalis のα-アミラーゼをつくる能力を S. cerevisiae に持たせる研究も行われています。

ここでは、有用な酵母をそのまま使うだけでなく、その酵母が持つ能力を別の微生物へ移して利用するというバイオテクノロジーの考え方が見えてきます！

おわりに

Schwanniomyces occidentalis（シュワニオマイセス・オクシデンタリス） は、細胞の外でデンプンを小さな糖へ変え、それを栄養として利用できる酵母です。

一見すると、S. fibuligera と同じ「デンプンを分解する酵母」に見えます。

しかし、その仕組みまで見ると、使っている酵素や糖を分解する方法には違いがあります。

同じことができる微生物でも、その方法まで同じとは限りません。

S. occidentalis は、酵母の多様性を見るとき、「何ができるか」だけでなく、「どうやってそれを実現しているのか」を見る面白さを教えてくれる酵母なのです！

次回は、「デンプンから油へ」という少し意外な能力をもつ酵母を紹介します。

その名は、Lipomyces kononenkoae（リポマイセス・コノネンコアエ）。

デンプンを分解して糖として取り込み、条件によってはその炭素を脂質として細胞内にためます。

酵母が「糖を食べる生き物」から、「油をつくる微生物」に見えてくる一例です！

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参考文献

Sato F et al. Glucoamylase originating from Schwanniomyces occidentalis is a typical α-glucosidase. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 2005;69(10):1905–1913.

Deibel MR Jr et al. Secreted amylolytic enzymes from Schwanniomyces occidentalis: purification by fast protein liquid chromatography (FPLC) and preliminary characterization. Preparative Biochemistry. 1988;18(1):77–120.

Strasser AWM et al. Analysis of the α-amylase gene of Schwanniomyces occidentalis and the secretion of its gene product in transformants of different yeast genera. European Journal of Biochemistry. 1989;184(3):699–706.

Horn CH et al. Fermentation of grain sorghum starch by co-cultivation of Schwanniomyces occidentalis and Saccharomyces cerevisiae. Bioresource Technology. 1992;42(1):27–31.

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