酵母の世界 No.28-1｜Spathaspora passalidarum：甲虫の腸で「木の糖」を発酵する酵母

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、植物の内部に暮らす Rhodotorula graminis（ロドトルラ・グラミニス）を紹介しました。

木を食べる甲虫の腸には、「木の糖」を発酵する酵母が暮らしています。

それは、今回紹介する Spathaspora passalidarum（スパタスポラ・パッサリダルム）です。

木材を分解すると、キシロースという糖が生じます。
ところが、パンや酒づくりでおなじみの酵母は、この糖を使って発酵するのが得意ではありません。

それに対して S. passalidarum は、キシロースを効率よくエタノールへ変えることができます！

では、なぜそんな酵母が甲虫の腸に暮らしているのでしょうか？

木を食べる甲虫の腸に暮らす

S. passalidarum は、木を食べて暮らす甲虫の腸から分離され、2006年に新しい酵母として報告されました。

パンやお酒の発酵から想像つく通り、ほとんどの酵母は木材をそのまま利用できません。
植物の体を支える丈夫な成分が分解されて、はじめてさまざまな糖が現れます。

その一つが、植物の細胞壁に多く含まれる糖であるキシロースです！

つまり、木を食べる甲虫の腸は、食べた木材が消化される過程で、木に由来する糖が現れる場所でもあります。

ここで面白いのは、S. passalidarum が、まさにそのキシロースを利用できることです。
さらに、木材を食べたり、木の内部で暮らしたりする昆虫からは、同じようにキシロースを利用できる酵母がほかにも見つかっています。

これらの酵母はどのように甲虫の腸内で生きているのでしょうか？

キシロースを発酵する

面白いことにS. passalidarum は、単にキシロースを栄養として使っているだけでなく、キシロースを発酵し、エタノールまでつくることができます！

パンやお酒づくりで使われる Saccharomyces cerevisiae （サッカロマイセス・セレビシエ）は、ブドウ糖を利用するのは得意ですが、キシロースをうまく利用できません。

一方、S. passalidarum は、キシロースをエタノールへ変換できます。
ある研究では、キシロース1 gから約0.47〜0.48 gのエタノールをつくり、理論上の最大値に近い値まで達した例も報告されています。

なぜ、この酵母はキシロースを発酵に利用できるのでしょうか？

キシロースをエタノールに変えるには、細胞の中で何段階もの反応を進める必要があります。
その途中では、反応を進めるためのエネルギーや電子のやり取りをうまく調整しなければなりません。

この調整がうまくいかない酵母では、キシロースが途中で別の物質としてたまり、エタノールまで十分に変換できません。

S. passalidarum は、この途中の反応を比較的うまくつなげられるため、キシロースを効率よく発酵できます。

つまり、この酵母の強みは、「木の糖」を取り込むことではなく、その糖を最後まで発酵に流せることにあるのです！

植物バイオマスを無駄なく使うために

この能力は、木材や農業残渣を原料にして燃料や化学品をつくるときに役立ちます。

既に説明した通り、植物を分解すると、酵母が食べれるブドウ糖だけでなく、キシロースのような別の糖もたくさん出てきます。

ところが、一般的な発酵酵母はキシロースをうまく使えないため、せっかく植物を分解して糖を取り出しても、その一部を使い残してしまうことがあります。

そこで注目されるのが、キシロースを発酵できる S. passalidarum となるわけです！

さらに、S. passalidarum が持つ「キシロースを発酵しやすくする仕組み」を、パンや酒づくりで広く使われる Saccharomyces cerevisiae に取り入れ、キシロースも使える酵母へ改良しようとする研究も進められています。

つまり、自然界から見つかった酵母は、そのまま利用する発酵微生物であるだけでなく、既存の産業酵母を改良するための「能力の供給源」にもなっているのです。

おわりに

Spathaspora passalidarum（スパタスポラ・パッサリダルム）は、木を食べる甲虫の腸から見つかった酵母です。

そして、この酵母が得意としていたのは、木材を分解したときに現れるキシロースという糖を、効率よく発酵することでした。

甲虫の腸で暮らすことと、この能力がどこまで直接結びついているのかについては、不明な点が多く残ってはいます。

植物バイオマスをより無駄なく使うために必要な「キシロースを発酵する力」は、木を食べる小さな甲虫の腸に暮らす酵母の中ありました。

そう考えると、微生物の探索は新しいモノづくりの探索になりそうですね！

次回は、木を食べる甲虫の腸から一転して、塩に覆われた環境へ進みます。

紹介するのは、ほぼ飽和に近い食塩濃度でも生育できる黒色酵母様菌 Hortaea werneckii（ホルタエア・ウェルネッキイ）です。

塩は多くの微生物から水を奪い、生育を抑えます。
それでも、この菌はなぜ生きられるのでしょうか？

次回は、極端な耐塩性の仕組みを見ていきます！

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参考文献

Nguyen NH, et al. Morphological and ecological similarities: wood-boring beetles associated with novel xylose-fermenting yeasts, Spathaspora passalidarum gen. sp. nov. and Candida jeffriesii sp. nov. Mycological Research. 2006;110:1232–1241

Long TM, et al. Cofermentation of glucose, xylose, and cellobiose by the beetle-associated yeast Spathaspora passalidarum. Applied and Environmental Microbiology. 2012;78(16):5492–5500.

Cadete RM, et al. Exploring xylose metabolism in Spathaspora species: XYL1.2 from Spathaspora passalidarum as the key for efficient anaerobic xylose fermentation in metabolically engineered Saccharomyces cerevisiae. Biotechnology for Biofuels. 2016;9:167.

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