KASEAA 51(7) (2013)

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はるまさまきい
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1 解説乳酸発酵と乳酸ポリマー発酵のメタボリックケミストリー発酵と言えば微生物微生物と言えば発酵であるそのなかの一つ乳酸発酵は糖が分解され乳酸が合成される物質変換系でありヨーグルトや漬物などの製造などわれわれの食生活とも密着に関連しているこの古くから知られる応用微生物技術の一つである乳酸発酵は近年ポリ乳酸がバイオマス由来プラスチックとして市場に出回るようになり再び注目を集めているポリ乳酸は乳酸を化学重合させることにより得られる熱可塑性ポリエステルであり透明で硬質な性質をもつことから使い捨てのコップや卵パックなどとしてすでに実用化されているポリ乳酸の工業的生産のためには原料となる乳酸の効率的合成が鍵となるため代謝工学培養工学的手法により乳酸の生産性を高める培養法が活発に研究されている (1) 一方われわれの研究グループでは微生物が合成した乳酸を細胞内で直接重合してポリエステルを合成する新たなシステムを創成した (2) ( 1) この新たなシステムでは乳酸がCoA 体 ( ラクチルCoA) へと活性化された後重合酵素の働きにより乳酸ポリマーが合成される ( 2) 本プロセスは微生物による乳酸発酵と化学的手法によるポリマー合成を一つの細胞内に集積した一体型システムだと言える本稿ではこの新しく構築された乳酸ポリマー発酵と言うべき発酵生産系について既存の乳酸発酵や従来の微生物ポリエステル合成系と対比して解説しその特性について特に物質変換の化学量論に基づいたメタボリックケミストリーの視点から考えたい Metabolic Chemistry of Microbial Production of Lactic Acid and Lactate-based Polyesters Ken ichiro MATSUMT, John Masani NDUK, Seiichi TA- GUCHI, 北海道大学大学院工学研究院, 科学技術振興機構 CREST 乳酸は化学的には C 3 H 6 3 の組成式で表されるグル 448 化学と生物 Vol. 51, No. 7, 2013

H H sugars 乳酸発酵 glycolysis L-LDH pyruvate 乳酸ポリマー発酵 D-LDH H H 1 細胞内に存在する顆粒が蓄積されたポリマーである H 2 L- 乳酸 heat D- 乳酸 CoA 転移酵素コースが解糖系を経て乳酸が合成されるまでの代謝経路は複雑であるが乳酸の組成式がグルコースのちょうど半分であることからほかの化合物の取り込みや

2 H H sugars 乳酸発酵 glycolysis L-LDH pyruvate 乳酸ポリマー発酵 D-LDH H H 1 細胞内に存在する顆粒が蓄積されたポリマーである H 2 L- 乳酸 heat D- 乳酸 CoA 転移酵素コースが解糖系を経て乳酸が合成されるまでの代謝経路は複雑であるが乳酸の組成式がグルコースのちょうど半分であることからほかの化合物の取り込みや副産物の生成を伴わずに 1 分子のグルコースから2 分子の乳酸が合成できる原子の収支バランスが取れているということは合成の途中で炭素のロスがないことを意味しさらに酸素の供給も必要ないため嫌気的な条件で合成可能であるこれらの性質により乳酸発酵は非常に効率的なプロセスとなっている C 6 H 12 6 ( グルコース ) 2C 3 H 6 3 ( 乳酸 ) 乳酸を減圧して加熱すると脱水縮合が起こり乳酸の重合物ポリ乳酸が得られるしかししだいに重合と脱重合の平衡に達し分子量が上昇しなくなるためこの方法では低い分子量のポリ乳酸しか得られないそこで低分子量のポリ乳酸を一度環状ラクチドへと分解し改めて重金属触媒を用いて開環重合することにより高分子量のポリ乳酸が合成できる (3) ( 図 2) この合成の際ピルビン酸などのほかの有機酸が混入していると重合停止の原因となるためモノマーとなる乳酸は高純度に精製されている必要があるまた乳酸にはとの光学異性体が存在するが光学純度が高いモノマーを用いないとポリマーの物理的強度が出ないこのようにポリ乳酸は乳酸を重合しただけの単純な構造のように見えるがかなり手間のかかるプロセスで合成されている Sn(ct) 2 L-lactide heat X x x y poly(lactic acid) Lactate-based polyesters (PLLA) Chemoprocess Bioprocess 乳酸はもともと微生物の細胞内で合成されているのでそれをそのまま重合できれば1ステップでの乳酸ポリマーの合成すなわち乳酸ポリマー発酵が可能になると考えられるしかし筆者らの知る限りこれまでに乳酸ポリマーを生合成する生物の報告例はないこれは乳酸がいわばATP 合成のための老廃物として生成していることを考えれば自然なことに思われるそこでポリエステル合成系の人工的な改変により乳酸ポリマーの合成系を構築しようと考えたここで注目されたのが微生物が合成するポリヒドロキシアルカン酸 (PHA) と呼ばれるポリエステルであるこのポリマー乳酸重合酵素 S-CoA D-lactyl-CoA CoA-SH 2 化学合成では主に乳酸が原料として用いられる乳酸ポリマー発酵では重合酵素の立体特異性により乳酸のCoA 体のみが重合されキラルポリマーを生じる化学と生物 Vol. 51, No. 7,

3 グルコースキシロース (C5) Glucose-6-P EMP 経路 Fructose-6-P NADP + NADPH NADP + NADPH 6-P-gluconate Ribulose-5-P (C5) C 2 (C1) PP 経路 Fructose-6-P Xylulose-5-P (C5) (C4) Glyceraldehyde-3-P NAD + NADPH Fructose-6-P Glyceraldehyde-3-P NADH Phosphoenolpyruvate Pyruvate NADP + TCA 回路 NAD+ NADH 乳酸乳酸 (LA) PCT LA-CoA C 2 NAD + NADH NAD + (C1) NADH LDH Acetyl-CoA Acetyl-P (C2) PhaA Acetoacetyl-CoA (C4) 酢酸 PhaB NADPH NADP + PhaC LPE 3HB-CoA (C4) P(LA-co-3HB) PCT Acetyl-CoA 3-hydroxybutyric acid x y 3-hydroxybutyric acid P(3HB) x 酢酸酢酸 3 モノマー供給酵素 PhaA, PhaBとともに通常の PHA 合成酵素 (PhaC) を用いると P(3HB) が合成され乳酸重合活性を獲得したPHA 合成酵素 ( 乳酸重合酵素 LPE) を用いると乳酸ポリマーも合成される点線で示したのは CoA 転移酵素 (PCT) が触媒する推定上のCoA 転移反応である LDH 乳酸脱水素酵素 PhaA βケトチオラーゼ PhaB アセトアセチルCoAリダクターゼ PP 経路ペントースリン酸経路 LA-CoA : ラクチル CoA はたとえば最も典型的なポリヒドロキシブタン酸 (P(3HB)) を例にすると PhaA, PhaB と呼ばれる2つの酵素の働きにより 3HB の CoA 体である 3HB-CoAがモノマーとして合成され次いで重合酵素により重合されて P(3HB) が合成される ( 3) この経路に基づいて考えると 3HB-CoA と同様に乳酸のCoA 体であるラクチルCoAが重合できれば細胞内でポリ乳酸を合成することが可能になると期待されるこのような考えは実際複数の研究室で挑戦されていた (4~6) しかし上述したように天然ではポリ乳酸合成微生物はいまだ見つかっておらずラクチルCoAを重合可能な重合酵素はなかなか見つからなかったところが筆者らは in vitro 重合系を用いて Pseudomonas sp 由来の重合酵素の変異体がラクチルCoAを基質として認識可能であることを初めて見いだした (2) この酵素は S325T/Q481Kの二重変異体であったことから ST/QK 変異体と呼ばれており乳酸重合酵素の第一号となったこの変異体は筆者らが約 10 年間にわたり継続している重合酵素の進化工学で作成したコレクションの一つであった (7) 数多くの変異体を個別に調べ始めた最初の5 個以内にST/QK 変異体の乳酸重合活性が見つかったのにはたいへん驚いたこの乳酸重合酵素の発見により微生物細胞内での乳酸ポリマーの発酵生産が可能となったのである ( 図 2) 乳酸重合酵素の発見の経緯については他稿で詳しく紹介しているので (8) ここでは乳酸ポリマー合成経路の特徴を解説する図 3に最も典型的な乳酸 (LA) ポリマーである P(LA-co-3HB) の生合成経路を示すこれは同一ポリマー鎖内に乳酸ユニットと3HBユニットが共重合されたコポリマーである乳酸を重合するためには乳酸をラクチルCoAへと活性化する必要があるラクチル CoAが Megasphaera elsdenii 由来のCoA 転移酵素 (propionyl-coa transferase ; PCT) により生成すること 450 化学と生物 Vol. 51, No. 7, 2013

は古くから知られていた (9) CoA 転移酵素に何らかのCoA 体と乳酸を加えると CoAが転移されラクチル CoAが合成される CoA 転移酵素を発現した大腸菌の細胞内にラクチルCoAが生成したことは細胞抽出液の分析により確認できる (2) しかしこの際に何が CoA 供与体になっているのかを知ることはできない

4 は古くから知られていた (9) CoA 転移酵素に何らかのCoA 体と乳酸を加えると CoAが転移されラクチル CoAが合成される CoA 転移酵素を発現した大腸菌の細胞内にラクチルCoAが生成したことは細胞抽出液の分析により確認できる (2) しかしこの際に何が CoA 供与体になっているのかを知ることはできない大腸菌にはアセチルCoAが比較的高濃度で存在していることが報告されていることからアセチルCoAが CoA 供与体ではないかと推測されるが直接的な証拠は得られていない次にラクチルCoAが乳酸重合酵素により重合されて乳酸ポリマーとなるのだがここで非常に重要な条件として供給される乳酸モノマーは体である必要があるこれは乳酸重合酵素 ( さらに言えばこれまでに知られているすべてのPHA 合成酵素 ) が厳密な体特異性をもっているためである (10, 11) 通常大量に工業生産されている乳酸は乳酸であるので乳酸ポリマーを生合成するためには大腸菌のような乳酸生産菌を用いるかあるいは - 乳酸の合成経路を導入する必要があるこの性質により得られる乳酸ポリマーは非常に厳密な - 乳酸ポリマーになる化学的に重合させる場合でも原料となるのは乳酸菌が合成した乳酸 ( または乳酸 ) なのであるが重合の過程でのラセミ化が完全には回避できないため通常数 % の光学異性体が含まれてしまう微生物合成ではそのような問題がなく精密なキラルポリマーが合成できるさらに乳酸に比べて高価 ( 市場価格で - 乳酸の10 倍以上 ) な - 乳酸ポリマーが得られることもメリットの一つである乳酸ポリマーが生合成されるための2つ目の要請として 3HB-CoAが第二の基質として供給される必要がある興味深いことに 3HB-CoAが全く供給されない条件にすると乳酸が生成しているにもかかわらず乳酸ポリマーは合成されず一方 3HB-CoA の存在下では共重合体 P(LA-co-3HB) が合成されるこのことから乳酸重合酵素はラクチルCoAを単独で重合することができないと考えられる (10) 4にはこの代謝経路を用いて合成された P(LA-co-3HB) を示しているこのポリマーの性質はモノマー組成によって変化するがたとえば30 mol% 程度の乳酸ユニットを含む P(LA-co- 3HB) は半透明のフィルムに加工できポリ乳酸とは異なり軟質である程度の伸張性をもつしたがって微生物産生乳酸ポリマーは単に化学合成ポリ乳酸のプロセス変換にとどまらず新たな材料の生産系としての可能性も有していると言える上述した性質により P(LA-co-3HB) の合成は乳酸発 4 酵より複雑になる乳酸ポリマー発酵は乳酸発酵と以下の点で異なっている乳酸ポリマー P(LA-co-3HB) の合成には 3HB-CoA を供給する必要があるおそらくCoA 供与体としてアセチルCoAの供給も必要である上記の事情により乳酸発酵は嫌気条件下で促進されるのに対し P(LA-co-3HB) の合成は好気条件で促進されるポリマーが菌体内に蓄積されるため菌体増殖が必要本生産系の特徴の一つはある程度の好気的条件下で乳酸を合成する必要があることである過去の研究においてピルビン酸からギ酸およびアセチルCoAを合成するピルビン酸ギ酸リアーゼ (PFL) を欠損した大腸菌は競合経路が遮断されることに加え乳酸脱水素酵素 (LDH) の活性が増大し好気的な培養条件下でも乳酸を合成することが知られていた (12) 筆者らは Keio Collectionに含まれる pfla 遺伝子変異株を利用して乳酸ポリマーの合成を行ったその結果遺伝子構築などに用いられるJM109 株と比較して乳酸ポリマーの合成量およびポリマー中の乳酸分率が向上することがわかったそこで以降の実験は pfla 欠損変異株を用いて行うこととしたでは乳酸ポリマー発酵が物質変換系として考えた化学と生物 Vol. 51, No. 7,

5 glucose 3 2 glucose 2 5 P(LA-co-3HB) lactic acid C 2 H 2 例としてグルコース 2 分子から P(LA-co-3HB) 各 1 ユニットと乳酸 1 分子が生成した場合の収支を示す共重合体のように組成式の異なる複数の分子が合成される場合は生成物の重量やモル数よりも炭素原子の数を指標にしたほうが物質収支を理解しやすい構造は模式的なもので結合距離や角度は正確ではない際に乳酸発酵とどのように違うのかを考えてみようここでポリマー生合成中の炭素源の消費とポリマーおよび副生成物の生成量を比較するために炭素モル濃度という指標を導入するこれは化合物中に含まれる炭素原子の数に相当するたとえば乳酸は3つの炭素原子を含むので1モルの乳酸は3 炭素モルであるこのような尺度を導入するメリットは複数の化合物が関与する系全体の効率 ( 物質収支 ) を酸化還元の程度などに依存せず一元的に表示できることである ( 5) まず最初に乳酸ポリマー合成の基礎となる P(3HB) の合成について検討する実際の培養結果を 6Aに示す本条件では 20 g/lのグルコースを加えているので 667 mol/lの炭素が存在すると考える経時的に培地および菌体をサンプリングし細胞内に蓄積された P(3HB) と培地中に残存するグルコース濃度と分泌された乳酸酢酸の濃度を測定して積み重ねる図 6Aでは培養中期に少量の乳酸が合成されその後再吸収されていることがわかるここで忘れてはならないのはピルビン酸からアセチル CoA (C 2, CoA 部分を除く ) が合成される際に遊離されるC 2 である ( 図 3) 3HBユニット1 分子当たりC 2 が2 分子発生するはずなので 3HBの半分に相当する炭素モル濃度を加算する図 6の透明な枠はこのように計算されたC 2 の量である ( 実際の測定値ではない ) 青色で示す P(3HB) の炭素量だけを見ると原料の糖の酸素量に比べて目減りしているように見えるがこのC 2 の放出を考慮すると実際にはそこそこの炭素収率で P(3HB) が合成されていることがわかるそれでも経時的に炭素量の合計が減少していくということは補足できていないカーボンフローがあるということである炭素の減少が大きい期間が菌体の対数増殖期と一致しているのでおそらく糖の一部が増殖に使用されたと考えられるこのように炭素量をモニターすると糖源がどの化合物に変換されているか把握することができるちなみに水素原子の数に着目するとグルコース1 分子から1 分子の3HBユニットと2 分子のC 2 が合成されるため反応前後で水素原子が余ってしまうこれはすなわちグルコースから P(3HB) を合成すると還元力が余ることを意味しているこの余剰の水素原子を処理して解糖系が活発に進むためには酸素と結合して水を作る必要があるしたがってグルコースを炭素源とした P(3HB) の合成は好気的な条件で効率よく進むことになる C 6 H 12 6 ( グルコース ) C 4 H 6 2 (3HBユニット) 2C 2 3H 2 次に CoA 転移酵素を発現させて乳酸ポリマーを合成した際の物質変換を同様に測定する (13) ( 図 6C) 今度は赤色で示したポリマー中の乳酸ユニットの蓄積がグラフに含まれている本条件では培養の初期に一部の炭素源が別の経路に流れるがその後はほとんど炭素量の合計が変動せずグルコースがポリマーまたは有機酸に定量的に変換されていることがわかるこのグラフで目を引くのはオレンジ色で表示した3-ヒドロキシブタン 452 化学と生物 Vol. 51, No. 7, 2013

6 6 各データはポリマー合成系遺伝子群を導入した組換え大腸菌を培養し経時的にモニターしたものである図中のバーの長さは培地中およびポリマー中の各化合物の炭素原子の量を表している各図のバルーンは大腸菌で発現しているポリマー合成系の酵素群を示す A : P(3HB) 生産 B D : P(LA-co-3HB) 生産酢酸の量はごくわずかのため図中ではほとんど見えない化学と生物 Vol. 51, No. 7,

7 酸 (3HB) の生成であるこれはポリマー中のモノマーユニットではなく 3-ヒドロキシブタン酸が培地中に分泌されていることを意味するこの現象はCoA 転移酵素 (PCT) の働きにより説明できる 3HB-CoAがCoA 供与体となりPCTによって何らかの有機酸にCoAが移されると3HBが生成しうる (14) 図 3には可能性の一つとして酢酸にCoA 転移される経路を示している CoA の受容体は複数ありうるが何が受容体になっているのかを知るのは簡単ではない PCTの基質特異性に基づいて考えれば乳酸もCoA 受容体になりえるが 3HB が合成される培養後期には乳酸も乳酸ポリマーも合成されていないことから乳酸が受容体になっている可能性は低いと推定される一方酢酸からアセチルCoAが生成する場合はアセチルCoAから3HBが生成するため代謝経路が回転しうるなぜこの条件で3HBが生産されるのかは明らかではないが 3HBが分泌されるのは培養後期でありこの段階ではポリマー蓄積率が上昇していないことから何らかの理由で細胞内のポリマー蓄積が停止し重合しきれないモノマーが細胞外に漏れでていると解釈できるポリマーとして蓄積された乳酸と3HBユニットと培地中に存在する3HBの合計に相当する炭素量は P(3HB) を生産した場合よりも多い上述したように乳酸の合成には 3HBの合成のようなC 2 の遊離を伴わないのでその分炭素収率が高くなると考えられるたとえば例として乳酸分率が67 mol%( つまり乳酸ユニット2 個に対して3HBユニット1 個を含む ) の P(LA-co-3HB) の物質収支は以下のようになる C 6 H 12 6 ( グルコース ) C 3 H 4 2 ( 乳酸ユニット ) 1 2 C 4H 6 2 (3HB ユニット ) C H 2 前述した P(3HB) の合成と比較すると C 2 の発生が少なくなる分全体の炭素収率が上昇するただし乳酸からラクチルCoAへの活性化におそらくアセチルCoAがCoA 供与体として必要とされることは注意する必要があるなぜこのことが重要なのかというと図 3に示すようにCoA 転移酵素がアセチルCoAをCoA 供与体としてラクチルCoAを合成したとすると合成したラクチルCoAと等モルの酢酸を遊離するはずだからであるしかし実際には培地中に分泌された酢酸量は重合された乳酸ユニットと比較して非常に少量でまたほかに乳酸の重合量に匹敵する有機酸が検出されないこのことから仮にアセチルCoAがCoA 供与体であったとしても CoA 転移酵素により遊離された酢酸は細胞内でアセチルCoAへとリサイクルされていることが示唆されるこのことは炭素収率の観点から好都合である次に乳酸分率のさらなる向上のために乳酸重合酵素の改良に着手した乳酸重合酵素は野生型の酵素に STとQKの2つの変異を加え高活性化すると同時にラクチルCoAの重合活性を獲得したものであるわれわれの研究グループでは過去に別の重合酵素の進化工学的改変 (15) で見いだされた活性向上効果がある変異 (F392S) を乳酸重合酵素に組み合わせた三重変異体を作成した (16) この新たな乳酸重合酵素 (ST/FS/QK) を用いて P(LA-co-3HB) を合成するとポリマー中の乳酸分率を向上させることができることを見いだしたではこの改良型乳酸重合酵素を用いた P(LA-co- 3HB) 生産を同様にモニターするとどのような違いが生じるだろうか図 6Eにはその培養結果を示す (13) 一見して乳酸ユニットの蓄積率が増大していることがわかる 3HBユニットの蓄積量は逆に減少しているがポリマーと残留した糖の炭素量を合計するとST/QKを用いた系よりも高くなっているこれは前に述べた理由でC 2 の放出を伴う3HBの合成から乳酸の合成へとシフトした結果炭素収率が向上したことに対応する実際 C 2 の放出分を含めた炭素量はST/QKと比較して大きく変化していないこのことから P(LA- co-3hb) の生産では乳酸分率が高いほうが炭素収率が高くなるという関係があることがわかるこの調子でいくと乳酸分率をもっと上昇させればさらに高い炭素収率で乳酸ポリマーが合成できそうに見えるしかし前述したように 3HB-CoAの供給は乳酸ポリマーの生合成に必須であり 3HB-CoA 供給系を弱いものに置き換えると ( 乳酸分率は向上できるが ) ポリマーの合成量が極端に低下してしまう (17) したがって生産性を維持しつつさらに乳酸分率を上げるためには何か別の工夫が必要だった筆者らは乳酸ポリマー生産の炭素源としてキシロースに着目したキシロースは植物組織を構成するセルロースヘミセルロースリグニンのうちヘミセルロース 454 化学と生物 Vol. 51, No. 7, 2013

8 の主要構成成分であり木質系草本系バイオマスの糖化によって得られる (18) 近年非可食バイオマスの産業利用が活発になり注目されている炭素源である既往の研究により乳酸発酵の炭素源としてキシロースを使用するとほぼ理論収率に近い生産性を示すことが知られている一方 P(3HB) の生産においてはキシロースを炭素源とできることが古くから報告されていたものの (19) その生産性はグルコースに劣っていたためその後あまり注目されることはなかったわれわれはこの乳酸の生産性が高く P(3HB) の生産性が低いという性質に着目した P(3HB) の生産性が低いのであればその分の炭素源が乳酸ユニットに振り向けられる可能性が考えられたでは実際にキシロースを炭素源として P(3HB) および乳酸ポリマーを合成した結果を図 6B, D, Fに示す (20 g/lのグルコースと 20 g/l のキシロースは糖のモル数は異なるが炭素のモル数はどちらも 667 mmである ) (13) まず P(3HB) の合成では過去に報告されていたとおりグルコースと比較するとキシロースからの P(3HB) の生産性が低かった ( 図 6B) 次に P(LA-co- 3HB) を合成すると期待どおりグルコース培養と比較して乳酸ユニットの蓄積量が増加し逆に3HBユニットの合成量は低下した ( 図 6D) さらにこの効果はST/FS/QK 変異体と組み合わせることにより相乗効果が得られその結果ポリマーとして蓄積された炭素の総量はグルコースより低いもののポリマー中の乳酸分率は最大で60 mol% に達したこの結果はこれまでポリマー生産には不利だと考えられていたキシロースが乳酸ポリマーの合成にはむしろ有利に働くことを示しているなぜグルコースとキシロースの間にこのような違いが生じるのであろうかおそらく主要なファクターの一つとなっているのが解糖系によって得られる還元力の違いであるグルコースはペントースリン酸経路 (PP 経路 ) に入ることにより炭素を一つ失う見返りに NADPHを1 分子生成できる ( 図 3) NADPHはPhaB の補因子となるので NADPHが効率的に合成できることは P(3HB) の合成にとって重要であると考えられる一方キシロースはPP 経路でNADPHを合成することができないそのため3HBの合成が不利になりその分乳酸の合成に振り向けられると考えられるまた NADPHをほかの経路で賄う必要がありたとえば TCAサイクルに入ってNADPHを生成したと考えるとその分の炭素源が失われトータルの炭素収率が低くなることと符合するただし NADPHなどの合成能が高い ( あるいは低い ) ことは必ずしもNADPHの細胞内濃度が高い ( あるいは低い ) ことを意味しない実際筆者らはポリマー合成中の大腸菌のNADPH/ NADP レベルを測定したがグルコースキシロースを炭素源とした培養において大きな違いはなかった (13) このことから細胞内のNADPHのレベルはある一定の値に制御されているが酸化還元反応を仲介する回数には差が生じると考えられる逆に言うとポリマーを分析することにより間接的にNADPHなどの補因子の回転数を知ることができると言えるつまりポリマー中の乳酸ユニットが1 分子生成することは NADHが1 分子消費されたことを意味しまた同様に 3HBユニットが1 分子生成することは NADPHが1 分子消費されたことを意味するしたがってキシロースを炭素源とした方がグルコースを用いた培養と比較して結果的にポリマー生産系におけるNADPHの回転数が減少し逆にNADHの回転数が増加したと推定できる乳酸ポリマー発酵は再生可能なバイオマスを一段階の発酵プロセスで乳酸ポリマーへと変換する合成されたポリマーは非常に高い光学純度をもちプラスチック材料として利用できる本発酵系はラクチルCoA への活性化ほかのモノマー基質との共重合などさまざまな因子がかかわり合う複雑な代謝経路となる今後メタボローム解析的な手法により測定される細胞内の代謝中間体の情報を組み合わせれば本合成系に関する理解がさらに深まるだろう炭素収率だけに着目すると乳酸分率が高いほうが理論収率は向上するが材料の観点から見るとこれら分率の異なる共重合体はそれぞれ異なる物性を示すことからモノマー組成が制御されたさまざまなポリマーを合成しその材料特性を知ることが必要であるこのシステムをうまくコントロールし組成の制御と生産性を両立させるためにはどのような代謝経路および酵素を用いればよいかそれを探索するのも今後の重要検討課題である謝辞電子顕微鏡写真を提供頂いた明治大学農学研究科若林愛子氏佐藤道夫博士前田理久博士に感謝申し上げます本研究の一部は JST CREST 研究領域二酸化炭素資源化を目指した植物の物質生産力強化と生産物活用のための基盤技術の創出の支援により行われました化学と生物 Vol. 51, No. 7,

1) M. A. Abdel-Rahman, Y. Tashiro, T. Zendo, K. Hanada, K. Shibata & K. Sonomoto : Appl. Environ. Microbiol.,, 1892 (2011). 2) S. Taguchi, M. Yamada, K. Matsumoto, K. Tajima, Y. Satoh, M. Munekata, K.

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PowerPoint プレゼンテーション酵素 : タンパク質の触媒タンパク質 Protein 酵素 Enzyme 触媒 Catalyst 触媒 Cataylst: 特定の化学反応の反応速度を速める物質自身は反応の前後で変化しない酵素 Enzyme: タンパク質の触媒触媒作用を持つタンパク質第 3 回 : タンパク質はアミノ酸からなるポリペプチドである第 4 回 : タンパク質は様々な立体構造を持つ第 5 回 : タンパク質の立体構造と酵素活性の関係