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大腸菌を発酵させて生命維持に必須の鉄分ヘムを生産する技術を開発

KAISTが開発...医薬品、食品添加物、健康補助剤などに活用可能


大徳所在のKAIST(シン・ソンチョル総長)は生命化学工学科のイ・サンヨプ特勳教授研究チームが大腸菌を発酵させてバイオマスからヘム(haem)を生産し、細胞外に分泌させる技術を開発したと9月6日に発表した。

ヘムは生命維持に必須の鉄分。血液で酸素を運搬するヘモグロビンや細胞呼吸に必須のシトクロムをはじめとする重要なタンパク質の機能に核心的役割を果たす。人体への吸収率が高いため鉄分剤や薬物に利用されている。また最近ヘムが肉の味を感じさせる核心要素ということが分かり、豆を使った人工肉に微生物や植物から抽出したヘムを入れ人工肉を製造する方法が注目されもした。

だが、既存のヘムの生産方式は有機溶媒を利用し動物の血液や一部の植物の組織から抽出するもので、非効率的であるだけでなく環境親和的でないという限界があった。大腸菌を利用したヘム生産技術も開発されてはいるものの、生産量が数ミリグラム(mg)にとどまり、生産されたヘムが細胞内に蓄積されるため抽出が困難だった。したがって高濃度でヘムを生産し、細胞外部にヘムを分泌させて精製を容易にする環境親和的な生産システムの開発が要求されていた。

研究チームはバイオマスを利用した高効率のヘム生産微生物を製造するために大腸菌固有のヘム生合成回路を構成した。またこれまで使用されていなかったC5代謝回路を使用してヘム生産の前駆体である「5-アミノレブリン酸」を生合成した。こうして原価が高く細胞毒性を起こす物質であるグリシンを使わずにヘムの生産量を大幅に増やした。この過程で研究チームはヘム生産量の向上にともない生産されたヘムが相当の比率で細胞外部に分泌されることを発見した。

研究チームは構成した大腸菌のヘム分泌量をさらに高めるためにシトクロム生合成に関与すると考えられているタンパク質ヘムエクスポーターを過発現させてヘム生産量と細胞外分泌量のいずれもが向上したヘム分泌生産菌株を開発した。そしてヘムエクスポーターとヘムの細胞外分泌の関連を明らかにした。

本研究を通じて開発された技術を活用すれば環境、衛生、倫理的な問題なく再生可能な資源によりヘムを生産できる。今後医療、食品産業などヘムを利用するさまざまな分野で重要な役割を果たせる技術といえる。研究に当ったイ・サンヨプ特勳教授は「健康補助剤、医薬品、食品添加物などさまざまな活用が可能なヘムを微生物発酵により高効率で生産できる。生産されたヘムの3分の2程度を細胞外部に分泌するシステムを開発すれば産業的活用のためのヘムの生産と精製が容易になるだろう」と話している。

研究結果は『Nature Catalysis』電子版に2018年8月28日付で掲載された。





[2018-09-11]

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