Enhanced eicosapentaenoic acid productivity in Microchloropsis salina through low-cost medium optimization and EMS-induced random mutagenesis
本研究は、低コストな培地最適化とEMS誘発変異導入を組み合わせることで、自生する海洋微細藻類*Microchloropsis salina*におけるエイコサペンタエン酸（EPA）生産性が大幅に向上し、標準的な培地と比較して栄養コストをわずかな割合に抑えつつ、バイオマスおよびEPA収量を実質的に高めた変異株が得られることを実証している。
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海洋は広大な生命の源であるが、同時に脆弱なものでもある。数十年にわたり、世界は魚油に頼って、人間の心臓や脳の健康を支えるエイコサペンタエン酸（EPA）として知られる重要な栄養素を供給し、世界の養殖業を支えてきた。しかし、この資源のための漁業はますます困難になりつつある。供給量は季節によって変動し、海洋生態系は増大する圧力に直面しており、またオイル自体が劣化したり、不要な汚染物質が蓄積したりすることもある。科学者たちは、代替となるものを求めて、長い間微小な世界に目を向けてきた。海洋の食物連鎖の基礎を形成する微細な藻類は、これらの脂肪酸の天然の工場である。これらは管理されたタンク内で栽培することができ、工業的な漁業による環境負荷を与えることなく、安定した供給を可能にする。しかし、これらの微小な生物を実用的で手頃な価格のEPA源へと変えることは、依然として困難な課題であり続けてきた。藻類は成長が遅すぎたり、目的の栄養素を十分に生成できなかったり、あるいは生存のために高価な餌を必要としたりすることが多く、最終製品のコストが高くなりすぎて広範囲での利用が難しくなっているのである。
最近の研究において、韓国の茂寛大学の研究者たちは、適切な藻類を見つけることと、それに適切な餌を与えるという2つの異なるアプローチを組み合わせることで、この問題に取り組み、解決を図った。彼らはまず、安価な肥料ベースの食事で育つことができる在来種の微細藻類を探して、巨済島の沿岸海域を探索した。海水の中からいくつかの候補を分離し、その中からMicrochloropsis salinaと呼ばれる一種の微細藻類を特定した。この種は、農業用肥料に由来する低コストの栄養混合物を好んで摂取する性質を示した。この特定の株は、研究者が「ES培地」と名付けた、単純な肥料溶液と海塩の組み合わせを与えられると良好に成長した。これは極めて重要な第一歩であった。なぜなら、実験室で通常使用される精製された高価な化学物質に頼ることなく、高価値の栄養素を生産できることを証明したからである。この新しい培地において、1グラムのEPAを生産するために必要な栄養素のコストは、標準的な実験室用のレシピよりも10倍近く低いことが算出された。
しかし、いかに優れた藻類であっても限界はある。元の株は効率的ではあったものの、真に競争力を持つほどのEPAを生産するには不十分であった。その性能をさらに高めるため、研究者たちは「ランダム変異導入法」として知られる古典的な手法を用いた。彼らは藻類を化学物質に曝露させ、遺伝暗号を緩やかに撹乱することで、数千ものわずかな変異を生み出した。この変化した細胞の集団の中から、彼らは偶然にも仕事の能力が高まった個体を探し出した。彼らはこれらの候補を低コストの培地で育て、成長速度、脂肪含有量、および目的の栄養素を生成する能力の観点から成功の兆候をスクリーニングした。数回のテストを経て、一つの変異株が際立った存在となった。研究者たちは、この優れた株をBSL(N)103-1と命名した。
この新しい変異株を最適化された低コスト培地で育てたところ、驚くべき結果が得られた。10日間の期間にわたり、培養液は膨大な量のバイオマス（総藻類質量）を生成し、濃度は毎リットルあたり4.6グラムに達した。より重要なことに、そのバイオマス内の脂肪含有量は非常に高く、特定のEPAの生成量は、元の株が同じ低コスト環境で達成できたレベルを大幅に上回った。この変異株は、1日あたりリッターあたり53.5ミリグラムの割合でEPAを生産したが、これは元の株が同じ低コスト環境で成長した場合の約3倍であり、元の株が標準的な高価な餌で成長した場合の約4倍に相当する数値であった。この改良された株の遺伝的構成についても、何が変化したのかを理解するために調査が行われた。研究者たちは、元の株と比較して1,500以上のDNAの違いを発見し、その中には細胞の機能に大きな影響を与える可能性が高い変更が約100箇所含まれていた。この研究では、どの単一の変化が改善をもたらしたのかを正確には特定できなかったが、この遺伝地図は将来の調査に向けた候補リストを提供している。
このプロジェクトの成功は、研究者が生物とその環境の間の関連性をどのように結びつけたかにかかっている。彼らは単に藻類に無理に働かせようとしたのではない。まず、安価な餌を好む株を見つけ、次にその特定の株がその中で繁栄するように改良したのである。結果として得られた変異株は、単に成長が速くなっただけでなく、内部の化学組成も変化させ、望ましいEPAの割合が高い脂肪酸プロファイルへとシフトさせた。このアプローチは、持続可能な生産には必ずしも複雑な遺伝子工学や高価な技術を必要としないことを示している。たくましい在来種と簡素で経済的な食事を注意深く適合させ、伝統的な育種技術を用いてその自然な能力を高めることで、チームは生産性と手頃な価格を両立させたシステムを作り上げた。本研究は、この統合的な戦略が、微小な藻類を信頼できる低コストの健康源へと変え、海洋からの不可欠な栄養素を生産するための実行可能な道筋を提供すると結論づけている。
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