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JSC4株 (以後、JSC4と称する) が高い増殖性と高い油脂含有率を両立することを見出してきました。従来、オイルを産生する微細藻の多くは淡水性であり、海洋性種の報告はあまりありません。また、高いオイル含有率が得られても、細胞の増殖速度が低く、高い油脂生産性 (体積・時間当たりの油脂生産量) は得られてきませんでした。近年、動物細胞・植物細胞・微生物等を対象に、細胞に含まれる低分子化合物 (代謝物質) を質量分析計で網羅的に検出する「メタボローム解析技術」が進展してきました。蓮沼教授らは、天然存在比1%の同位体炭素13Cで構成された二酸化炭素 (13CO2) を用いて光合成を行い、代謝産物中の同位体存在比率を検出する独自の代謝解析手法“動的代謝プロファイリング”を開発してきました。本研究では、動的代謝プロファイリングを用いてJSC4を解析することで、細胞内にオイルが生産されるメカニズムを明らかにすることに成功しました。研究の内容蓮沼教授らは、CO2を単一の炭素源とする光合成独立栄養条件下で、JSC4を培養しました。すると、培養開始4日後に細胞重量の55%以上が炭水化物 (大部分がデンプンを占める) となり、培養液中に海水塩が1～2%含まれる条件では、炭水化物の減少とオイルの増加が同時に観測され、培養開始7日後には細胞重量の45%以上がオイルとなりました。JSC4は細胞増殖能が高いため、培養液あたりの油脂生産速度が高く、過去の研究を大きく上回る油脂生産速度を達成しました (図1) 。培養初期は細胞内にデンプン顆粒が観察されますが、海水塩存在下ではデンプン顆粒が消失して多数のオイル油滴が観察されました (図2)。“動的代謝プロファイリング”を用いて、オイル生産期のJSC4の解析を行ったところ、デンプン生産期に活性化していた糖生合成経路が減速し、オイルの構成要素であるトリアシルグリセロールの生合成経路が活性化していることを明らかにしました。すなわち、「海水塩の添加が、3-ホスホグリセリン酸を分岐点とする代謝フラックスを糖生合成からトリアシルグリセロール生合成に切り替える」ことを、初めて明らかにしました。また本研究はデンプン分解を促す酵素の活性が、海水塩存在下で上昇していることについても明らかにしました。これまで、オイルの生産性の高い藻類は数多く報告されてきましたが、オイル生産のメカニズムについては明らかになっていませんでした。本研究は、世界で初めて、藻体の細胞内で油脂生産時に起こる代謝変化をメタボロームレベルで捉えることに成功しました。図1　従来研究との油脂生産性の比較図2　海水塩の有無による細胞形態の違い今後の展開代謝メカニズムの理解は生物学的に重要な発見をもたらすだけでなく、藻体の培養プロセスの管理および改良、育種によるバイオ燃料生産の効率化につながります。今後はオイル生産を促す因子の同定を進め、オイルを効率的に生産する培養手法の開発、変異導入や遺伝子工学によるオイル高生産株の開発につなげていきたいと考えています。用語解説※1： メタボローム解析生体細胞の中には1000種類以上の低分子化合物が含まれていると言われている。細胞に含まれる低分子化合物の種類 (及び量) に関する情報をメタボロームといい、メタボロームを明らかにする手法をメタボローム解析という。※2： 汽水域淡水と海水が混在した水域。川が海に淡水を注ぎ込む河口部等を指す。研究助成本研究は国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 (NEDO) 事業「バイオマスエネルギー技術研究開発／戦略的次世代バイオマスエネルギー利用技術開発事業 (次世代技術開発)」(平成24～27年度　研究代表者：蓮沼誠久) の支援を受けて行いました。論文情報タイトル“ Dynamic metabolic profiling together with transcription analysis reveals salinity-induced starch-to-lipid biosynthesis in alga Chlamydomonas sp. JSC4 ”DOI10.1038/srep45471著者Shih-Hsin Ho, Akihito Nakanishi, Yuichi Kato, Hiroaki Yamasaki, Jo-Shu Chang, Naomi Misawa, Yuu Hirose, Jun Minagawa, Tomohisa Hasunuma*, Akihiko Kondo掲載誌Scientific Reports研究者蓮沼 誠久教授先端バイオ工学研究センター加藤 悠一助教先端バイオ工学研究センター近藤 昭彦教授科学技術イノベーション研究科SDGs科学技術イノベーション研究科工学研究科SHARE同じ研究者の記事Press releases2023.12.26工学系科学警告物質が窒素利用を制御する作用点を解明Press releases2023.12.26工学系科学石油依存からの脱却！ バイオフェノールの生産性を向上させる新技術を開発Press releases2023.10.03工学系科学神戸大学と出光興産「出光バイオものづくり共同研究部門」を設立Press releases2023.04.18医歯薬学神戸大学と日本トリム　共同研究講座を新設同様のタグのある記事Press releases2021.04.09工学系科学微細藻類バイオ燃料Press releases2015.06.08工学系科学「高速増殖型ボツリオコッカス」の野外大規模培養に成功Press releases2021.02.17工学系科学高速・高精度で細胞代謝物を解析する技術を開発Press releases2020.02.18工学系科学ラン藻で高濃度D-乳酸生産技術の開発に成功ページの先頭へ〒657-8501 神戸市灘区六甲台町1-1受験生在学生・保護者卒業生企業・地域の方教職員お問い合わせアクセス採用情報公式SNS一覧キャンパスカレンダープライバシーポリシーサイトポリシーサイトマップ© Kobe University