酵母の世界 No.31-2｜Lipomyces starkeyi：糖を「油」に変えてためる酵母

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、酸素量によってキシロース発酵のバランスが変わる Scheffersomyces stipitis（シェファーソマイセス・スティピティス） を紹介しました！

今回の主役は、Lipomyces starkeyi（リポマイセス・スターケイ）です！

この酵母の特徴は、糖を使って細胞の中に大量の油脂をためること。

条件によっては、乾燥させた細胞重量の70%以上を脂質が占めることもあります。こうした酵母は「油脂酵母」と呼ばれています！

土壌から見つかった「油をためる酵母」

L. starkeyi の研究は古く、1946年にはすでに「土壌酵母による脂質生産」として報告されています。

研究者が土壌から分離した酵母を培養すると、細胞の内部に大量の脂質が蓄積することが観察されました！

酵母というと、糖を発酵してエタノールや二酸化炭素をつくるイメージが強いかもしれません。

しかし、糖の炭素には別の行き先もあります。

L. starkeyi では、その一つが油脂となるのです。

ただし、いつでも大量の油をつくっているわけではありません。

この酵母に油をためさせる重要な条件が、「糖はあるのに、窒素が足りない」状態です。

エネルギーの行き先が変わる

酵母が新しい細胞をつくるには、糖だけでは足りません。

糖から得られる炭素に加えて、タンパク質や核酸をつくるための窒素も必要です。

糖と窒素が十分にある間、L. starkeyi はそれらを使って細胞を増やします。

ところが窒素が先になくなると、状況が変わります。

細胞を増やすための材料が足りない。
それでも、糖はまだ残っている。

すると、取り込んだ糖由来の炭素を大量の脂質へ変え、細胞内に蓄えるようになります！

実際、窒素を少なくした培養では、脂質が細胞重量の半分以上を占めるまで増えることが報告されています。
反対に窒素を増やすと、脂質の蓄積は大きく低下します。

では、糖がどうやって油へ変わるのでしょうか。

糖から「油の材料」をつくる

糖を取り込んだ細胞は、それをいくつもの反応を通して分解していきます。

L. starkeyi が脂質を溜め始めるときには、この代謝の流れが変わり、細胞内にまずはクエン酸が溜め始めます。

そのクエン酸から、脂肪酸をつくる材料が取り出されます。

大まかに表すと、

糖
→ クエン酸
→ 脂肪酸
→ 油脂

という流れです。

実際、脂質の蓄積が始まる時期には、クエン酸が増え、その流れを調節する酵素の働きも変化することが確認されています。

そして、つくられた油脂は細胞内の脂質滴と呼ばれる小さな構造にためられます。

また、窒素を欠いた条件では細胞増殖が止まり、脂質滴が大きく発達することも報告されています。

つまり L. starkeyi は、増殖に使えなくなった炭素を利用しないのではなく、油という形で細胞内に蓄えるのです。

植物資源から「微生物の油」をつくる

この能力は、人間にとっても利用価値があります！

私たちが使う油脂の多くは、大豆、菜種、パームなどの植物から得ています。

一方、L. starkeyi を使えば、

本来は残渣である植物由来の糖を与える
→ 酵母を育てる
→ 細胞内に油をつくらせる

という方法で油脂を生産できます。

こうした微生物がつくる油は、単細胞油とも呼ばれ、燃料や化学品の原料として研究されています。

さらに L. starkeyi は、グルコースだけでなく、キシロースやセロビオースなど植物由来の複数の糖を利用できます。

実際にトウモロコシの芯を分解して得た糖液を使った研究では、細胞重量の47%が脂質となりました！
その脂肪酸組成は植物油に近く、バイオディーゼル原料としての利用も検討されています。

つまり、農業残渣などに残る炭素を、酵母を介して油へ変えることができる可能性があるのです！

おわりに

Lipomyces starkeyi（リポマイセス・スターケイ）は、糖を取り込み、その炭素を大量の油脂として細胞内に蓄える酵母です。

そのスイッチの一つになるのが、窒素不足です。

糖は残っているのに、細胞を増やすための窒素が足りない。
そんな状況になると、炭素の流れを脂質生産へ切り替え、細胞の中に油をためていきます。

そして人間は、その仕組みを利用して、植物由来の糖や農業残渣から油脂をつくろうとしています。

糖の行き先は、アルコールだけではありません。

次回は、Pichia membranifaciens（ピキア・メンブラニファシエンス）を紹介します！

この酵母の一部の株は、killer toxin（キラートキシン）と呼ばれるタンパク質を分泌し、他の酵母の生育を抑えることができます。

同じ発酵環境にいる酵母たちは、ただ一緒に糖を使っているだけではありません。限られた栄養や場所をめぐって競争しています。

では、酵母はどうやって特定の相手だけを攻撃するのでしょうか？

次回は、相手を攻撃するkiller toxinの仕組みと、その能力をワイン醸造などに利用する研究を見ていきます！

★酵母を使ったバイオテクノロジー・産業利用に関する記事をまとめてます。詳細はこちらから↓

★過去の様々なトピックの記事を全てまとめてます。詳細はこちらから↓

これらの記事が参考になったら「スキ＆フォロー」をぜひお願いします！

参考文献

Starkey RL. Lipid Production by a Soil Yeast. Journal of Bacteriology. 1946;51(1):33–50.

Tang W et al. The isocitrate dehydrogenase gene of oleaginous yeast Lipomyces starkeyi is linked to lipid accumulation. Canadian Journal of Microbiology. 2009;55(9):1062–1069.

Calvey CH et al. Nitrogen limitation, oxygen limitation, and lipid accumulation in Lipomyces starkeyi. Bioresource Technology. 2016;200:780–788.

Takaku H et al. Lipid metabolism of the oleaginous yeast Lipomyces starkeyi. Applied Microbiology and Biotechnology. 2020;104(14):6141–6148.

#酵母
#学び
#発酵
#科学
#生態系
#野生酵母
#バイオ産業