Soybean protein isolate modulates monacolin K accumulation in a high producing Monascus purpureus mutant obtained by ARTP mutagenesis
本研究は、ARTP誘導による高収量性*Monascus purpureus*変異体に対し、3%の大豆分離タンパク質を添加することで、中心炭素代謝および補酵素代謝に関与する遺伝子をアップレギュレートすることにより、モナコリンKの蓄積が著しく増強されることを示している。
原論文は CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) でライセンスされています。 これは査読を受けていないプレプリントのAI生成解説です。医学的助言ではありません。この内容に基づいて健康上の判断をしないでください。 免責事項の全文を読む
発酵の世界において、微小な真菌は、人類の健康を形作る食品や医薬品の背後に隠れた、しばしば名もなき英雄となります。このような真菌の一つである、学名をMonascus purpureusというものは、アジア料理の定番であり、コレステロールを下げる天然の供給源としても機能する紅麹を作るために、何世紀にもわたって利用されてきました。この恩恵の鍵となるのは、この真菌が生成するモナコリンKと呼ばれる特定の化合物であり、この分子は、体が過剰なコレステロールを作る能力をブロックすることで作用します。しかし、自然はめったに完璧ではありません。この真菌の異なる菌株は、有益な化合物の量を変化させ、残念ながら、中にはそれと共にシトリニンと呼ばれる有害な毒素を生成するものもあります。紅麹をより安全で効果的なものにするために、科学者たちは、有害なものを遠ざけつつ、いかにして真菌に「良いもの」をより多く作らせるかという方法を長年模索してきました。彼らはまた、人間の食事がその健康に影響を与えるのと同様に、微生物が利用できる栄養素が、その微生物が何を構築し、どのように成長するかを決定することを理解した上で、真菌により良い餌を与える方法についても研究しています。
済初理工大学と山東食品発酵工業研究設計研究院の研究者たちは、遺伝学的改良と栄養学的調整という2つの強力な戦略を組み合わせることで、最近この課題に取り組みました。まず、彼らは大気および室温プラズマ突然変異導入法という技術を用い、真菌の遺伝コードを穏やかに動かしました。このプロセスは、微生物を特殊な形態の電離ガスにさらすことを含み、トランプのデッキをシャッフルしてより良い手札が現れるかどうかを確認するのと同様に、DNAにランダムな変化をもたらします。このシャッフルされたデッキの中から、彼らはY1と名付けられた新しい変異株を選別しましたが、これは優れた生産者であることが証明されました。この新しい菌株は、親株よりも大幅に多いコレステロール低下化合物を生み出しましたが、有害な毒素の生成の兆候も見せず、安全性を維持していました。
優れた菌株を手に入れたチームは、次に極めて重要な問いを投げかけました。この真菌に特定の種類のタンパク質を与えることで、その出力をさらに高めることができるだろうか？ 彼らは、食品製造によく用いられる、高度に濃縮された大豆タンパクの一種である大豆分離タンパク質に注目しました。真菌が成長している米の基質にこのタンパク質を異なる量で添加することで、彼らは明確な「スイートスポット」を発見しました。重量比で3パーセントの大豆分離タンパク質を添加したとき、真菌は米1グラムあたり19.38ミリグラムという驚異的な量の有益な化合物を生成しました。これは、追加のタンパク質を添加しなかった場合と比較して2倍以上の量でした。しかし、その関係は単純な「多ければ多いほど良い」というシナリオではありませんでした。3パーセントの境界を超えてタンパク質をさらに添加すると、実際には生産量が減少したため、真菌が繁栄するために精密な栄養バランスを必要としていることが示唆されました。
なぜこの特定の量のタンパク質がこれほど上手くいったのかを理解するために、科学者たちはトランスクリプトミクスと呼ばれる手法を用いて、細胞が現在活発に使用している指示書を読み取ることで、真菌の細胞内部を観察しました。彼らは、最適なタンパク質投与量で育てられた細胞を、投与なしで育てられた細胞と比較しました。その結果、真菌の内部活動における劇的な変化が明らかになりました。タンパク質の添加は、約2000個の遺伝子に影響を与え、それらの多くをオンまたはオフにしました。最も顕著な変化は、真菌が糖を分解しエネルギーを管理するために使用する経路で起こりました。タンパク質は、炭水化物を燃料へと変える機械を呼び覚まし、実質的に細胞により効率的なエンジンを与えたようです。
さらに、この研究は、タンパク質がどのように真菌の化学的構成要素の管理を助けるかを明らかにしました。特定の種類の還元力（複雑な分子を構築するために必要な細胞エネルギーの一形態）を作り出す責任を持つ遺伝子がスイッチオンにされました。これは、大豆タンパク質が単に真菌に餌を与えただけでなく、細胞の代謝ネットワーク全体を再編成し、コレステロール低下化合物の生成を優先させたことを示唆しています。真菌は本質的に、そのリソースを再配分し、有益な分子の生産ラインへと、より多くのエネルギーと原材料を流し込んだのです。この研究は、強固な菌株を慎重に選択し、その上で食事を微調整することで、安全性を損なうことなく、価値のある天然医薬品の生産を大幅に強化できるという、将来の発酵に向けた明確なロードマップを提供しています。
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