著者の所属・活動拠点の国は、中国です。

掲載誌：Journal of Fungi

ライセンス: CC BY　対象: 公開論文　確認元: OpenAlex

研究の目的

クエン酸は食品や医薬品などに広く使われる有機酸で、工業的にはクロコウジカビ（Aspergillus niger）にでんぷん原料を糖に分解させながら発酵させて作られています。著者らによると、発酵の終わりには糖の2〜3％が使われずに残り、これが理論上の収量と実際の収量の差の主な原因になっています。

残る糖の一部は、カビが利用できない「非発酵性糖」です。α-グルコシダーゼという酵素は、糖をばらすだけでなく、糖どうしを別の形でつなぎ直す「糖転移」も行い、イソマルトースなどの非発酵性糖を生み出します。クロコウジカビにはこの酵素の働きに関わる遺伝子が7つあると報告されていますが、研究チームが扱った系統の近縁株で働きが調べられていたのはそのうち2つだけでした。研究チームは、7つの遺伝子を一つずつ壊し、それぞれが非発酵性糖の生成やクエン酸の生産にどう関わるかを明らかにしようとしました。

何を、どのように調べたか

出発点として、工業用のクエン酸生産株AnYX0607を使いました。まず、この株の工業発酵液に残る糖の成分を分析しました。次に、ゲノム編集技術CRISPR-Cas9を用いて、7つのα-グルコシダーゼ遺伝子をそれぞれ一つずつ壊した7種類の株を作りました。その際、壊した遺伝子の位置に、でんぷんをブドウ糖に分解する酵素グルコアミラーゼの遺伝子（glaA）を働かせる配列を組み込んでいます。したがって各改変株は、「α-グルコシダーゼ遺伝子の破壊」と「グルコアミラーゼの強化」を同時に受けた株です。

改変株と元の株を比べ、生育量（菌体の乾燥重量）、寒天培地上のコロニーの形と大きさ、液体培養中にできる菌糸のかたまり（ペレット）と菌糸1本の太さを調べました。さらに、液化したトウモロコシを原料とする培地でフラスコ培養を96時間行い、発酵液中のイソマルトース量、総糖量と還元糖量（DNS法という化学的な発色反応で測定した、還元性をもつ糖の量）、クエン酸の濃度を測りました。各株とも独立した3本のフラスコで培養し、元の株との差を統計的に検定しています。

主な報告結果

工業発酵液に残った糖を分析したところ、検出された糖の中でイソマルトースが最も多く、ピーク面積の割合で69.45％を占めていました。そこで研究チームはイソマルトースに注目して評価を進めました。

96時間の発酵後、7種類すべての改変株で、発酵液中のイソマルトースが元の株より有意に少なくなりました。減少幅は遺伝子によって異なり、214233を壊した株で37.69％、50055で34.89％、50927で34.14％、40261で32.84％と、この4株では30％を超えて減りました。49940では13.62％、119858では10.63％、52452では8.02％の減少でした。

クエン酸の濃度は、すべての改変株で元の株より0.36〜8.46％高くなり、そのうち5株で差が統計的に有意でした。最も高かったのは49940を壊した株で、元の株より8.46％増えました。

残った糖の量は、96時間の時点で改変株のほうがいずれも少なかったものの、差は小さいものでした。統計的に有意だったのは49940と52452を壊した株で、総糖量はそれぞれ7.53％と3.88％、還元糖量は7.86％と11.26％少なくなりました。

形にも変化が見られました。96時間培養後、すべての改変株で菌糸のペレットが元の株より小さく（直径で5.92〜34.53％減）、菌糸は太く（11.85〜29.48％増）なりました。一方、生育量の推移はどの株もおおむね同じで、120時間時点で乾燥重量が有意に少なかったのは52452と50055を壊した2株でした。コロニーの直径は、49940を壊した株で12.35％大きく、50055を壊した株で8.40％小さくなり、後者では胞子の成熟の遅れも観察されました。

この報告が示すこと

研究チームは、7つのα-グルコシダーゼ遺伝子はいずれもイソマルトースの生成に関わっており、中でも214233、50927、50055、49940、40261の各遺伝子が主要な役割を担っていると結論づけています。また、これらの遺伝子の破壊とグルコアミラーゼの強化を組み合わせることが、非発酵性糖の蓄積を抑え、クエン酸発酵の効率を高める有効な方法であるとしています。49940を壊した株が最も良い成績を示した理由について著者らは、小さなペレットと太い菌糸によって酸素や栄養の行き渡り方や代謝能力が改善したことと、使えない糖が減ったことが合わさった可能性を挙げています。

ただし、いくつかの点に注意が必要です。グルコアミラーゼ遺伝子は株ごとに異なる位置に組み込まれているため、その働きの強さは株によって違う可能性があり、観察された変化は遺伝子破壊とグルコアミラーゼ強化の両方の影響として解釈すべきだと著者ら自身が述べています。残糖の差が小さかったのは、フラスコ培養では初期の糖濃度が高く、糖を使い切らなかったためと説明されています。また、遺伝子破壊が菌の形や酸素の移動、炭素の流れ、クエン酸の合成とどうつながっているかは、まだ解明されていないとしています。

原著論文の著者・所属：Zhengyu Liu（College of Biotechnology, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; Key Laboratory of Industrial Fermentation Microbiology, Ministry of Education, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; State Key Laboratory of Bio-Based Fiber Materials, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China）、Shiwei Mi（College of Biotechnology, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; Key Laboratory of Industrial Fermentation Microbiology, Ministry of Education, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; State Key Laboratory of Bio-Based Fiber Materials, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China）、Dandan Li（College of Biotechnology, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; Key Laboratory of Industrial Fermentation Microbiology, Ministry of Education, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; State Key Laboratory of Bio-Based Fiber Materials, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China）、Kexin Zhao（College of Biotechnology, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; Key Laboratory of Industrial Fermentation Microbiology, Ministry of Education, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; State Key Laboratory of Bio-Based Fiber Materials, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China）、Di Ma（College of Biotechnology, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; Key Laboratory of Industrial Fermentation Microbiology, Ministry of Education, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; State Key Laboratory of Bio-Based Fiber Materials, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China）、Yuhan Jiao（College of Biotechnology, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; Key Laboratory of Industrial Fermentation Microbiology, Ministry of Education, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; State Key Laboratory of Bio-Based Fiber Materials, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China）、Fuping Lu（College of Biotechnology, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; Key Laboratory of Industrial Fermentation Microbiology, Ministry of Education, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; State Key Laboratory of Bio-Based Fiber Materials, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China）、Ming Li（College of Biotechnology, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; Key Laboratory of Industrial Fermentation Microbiology, Ministry of Education, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China; State Key Laboratory of Bio-Based Fiber Materials, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China）

※本記事は原著論文をもとに、日本語で要約・説明を加えた研究紹介です。 出典（原著論文）：Zhengyu Liu, Shiwei Mi, Dandan Li, et al. Decreasing the Non-Fermentable Sugar Concentration in Aspergillus niger by Destroying the α-Glucosidase Genes. Journal of Fungi（出版社：Multidisciplinary Digital Publishing Institute） 2026-10-11. DOI: 10.3390/jof12100764. 原著ライセンス：CC BY.