未利用資源からの高効率ブタノール生産を目指した学際的研究の実現と推進

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微生物発酵プロセスにおいて、グルコースの存在によってキシロースといった他の糖の消費が抑制される事象をカーボンカタボライト抑制（CCR）と呼ぶ。我々はこれまでの研究でセロビオース/キシロース混合糖がCCRを回避したブタノール発酵を可能にすることを明らかにした。したがって当該年度は【CCR回避時の糖輸送および代謝メカニズムの解明と高効率キシロース代謝株創出】を目的として研究を行った。まず、CCR、非CCR条件間で発現量が異なる遺伝子を探索するためにRT-PCRを行った。その結果、ヒスチジン含有リン酸転移タンパク質（HPr）キナーゼ（HPrK）をコードする遺伝子（hprK）の発現量に顕著な差が見られた。そこで、hprKと以前の酵素活性測定試験でCCR、非CCR条件間で3倍活性に差が見られたキシロースイソメラーゼ遺伝子（xylA）について、Real time RT-PCRによる定量解析を行った。実験の結果、非CCR条件下のhprK発現量はCCR条件と比較して45%低下していることが明らかとなった。一方、xylAは10%程度発現量が増加していた。HPrKはCCR機構において中心的な役割を果たす酵素であり、したがってセロビオース/キシロース混合糖利用時のCCR回避はhprK発現量の低下が主な要因であることが示唆された。次に、CCR、非CCR時の細胞内中間代謝物の動態を明らかにするために、メタボローム解析を行った。CCR条件下の代謝物量を1として比較した結果、キシロース代謝を担うペントースリン酸経路（PPP）の代謝物量は条件間で顕著な差は見られなかった。これはPPPが可逆反応であり、解糖系の中間代謝物と共役しているためであると考えられる。したがって、CCR条件下ではキシロース輸送および上流経路（キシロース→キシルロース→PPP）に律速段階が存在するということが示唆された。