High-density cultivation method that does not allow lactic acid bacteria to produce lactic acid

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乳酸菌は免疫賦活、成人病予防など、宿主に様々な有益な働きをもつプロバイオティクスとして注目され、その需要は高まっている。乳酸菌は通性嫌気性菌であることから、これまで嫌気条件で培地成分を全て最初から与える回分培養で調製されてきた。しかし、解糖系の駆動に必要なNAD+を乳酸脱水素酵素(LDH)で再生するために著量の乳酸を生産し、たとえpHを調整しても高密度培養は困難であり、対糖菌体収率も低いことが問題であった。乳酸菌は酸素を電子受容体としてNAD+を再生する能力をもつが、関連遺伝子の多くはカタボライト抑制を受けるため、回分培養ではたとえ好気条件であっても酸素をほとんど利用できない。これに対して我々は、糖を徐々に添加する流加培養によってカタボライト抑制を解除し、乳酸生産を抑制することに成功している。しかし、多くの乳酸菌は酸素を電子受容体として利用する際にH2O2を副生し、障害を受ける。そこで本研究ではまず、嫌気および好気条件において回分および流加培養を行い、乳酸菌がどのように酸素を利用し、特にどのようにH2O2に対応しているかを調べた。その結果、H2O2の消去系を含めて酸素利用に関連する遺伝子の多くは好気的流加培養において発現し、これに伴って乳酸生産は抑制できることが分かった。しかし、条件によってH2O2の生産が消去を上回り、増殖が抑制される場合があることが分かった。そこで、いくつかの乳酸菌の好気流加培養において市販カタラーゼを添加したところ、H2O2の蓄積を抑制できた。また、Lactococcus lactisにおいては、さらにヘムを添加して呼吸を促進することによって、5.6×10^10 cells/mL以上の菌体を対糖菌体収率0.42 g-DCW/g-glucoseで得ることができた。