微生物による長鎖n-アルカンの新規サブターミナル酸化経路

(1)

663

化学と生物 Vol. 53, No. 10, 2015

微生物による長鎖 n- アルカンの新規サブターミナル酸化経路

微細藻 Prototheca zopfii の n- ヘキサデカンのサブターミナル酸化

一部のバクテリア，酵母は，直鎖炭化水素鎖（ -アルカン）を炭素源として利用し生育することが可能である．そのなかでも， -アルカン資化性酵母については研

究が進んでおり，属の ,

や，などの -アルカン

資化経路がよく知られている⁽¹⁾．これらの微生物は図1 のターミナル酸化経路で -アルカンの末端をチトクロームP450またはアルカン1-モノオキシゲナーゼと呼ばれる酵素により -アルカンの末端を酸化し1級アルコールへ，さらに，アルコールデヒドロゲナーゼによりアルデヒドへ，アルデヒドデヒドロゲナーゼにより脂肪酸へと酸化する．生成した脂肪酸をβ酸化系により代謝することでエネルギーを獲得すると考えられる．さらに，

や sp. においては， -アルカンが脂肪酸へと酸化された後，脂肪酸は脂肪酸モノオキシゲナーゼによりω位が酸化され，最終的にジカルボン酸へと変換されることもわかっている⁽²⁾．多くの糸状菌においても -アルカンが資化されることがわかっており，

中でも油脂蓄積性糸状菌は炭素源として培地に添加された -アルカンを効率良く脂肪酸へと変換し，生成した脂肪酸を貯蔵脂質として菌体内に蓄積

する⁽³⁾．

微生物による -アルカンの資化経路はターミナル酸化経路が主流であるが，一部の微生物においてサブターミナル酸化経路（図1）の存在が示唆された．

は -デカンを， sp. は -テトラデカンを， sp. は -ヘキサデカンをサブターミナル酸化で資化することが報告された⁽²⁾．しかし，これら微生物の長鎖 -アルカンのサブターミナル酸化活性は低く，変換される酸化化合物は微量であった．

-アルカンのサブターミナル酸化にかかわる酵素群には未解明な点が多く，特に -アルカンを最初に酸化するサブターミナルアルカンモノオキシゲナーゼについては報告されていない．酸化代謝物の同定により， -アルカンはサブターミナルアルカンモノオキシゲナーゼにより 2級アルコールへ，続いてアルコールデヒドロゲナーゼによりケトンへ，バイヤビリガーモノオキシゲナーゼによりエステルへ，エステラーゼにより1級アルコールと脂肪酸へと順に変換されると推測された（図1）．

-アルカンを資化する微生物の中でも，光合成能を持たない微細藻類である属は -アルカン分解能が極めて高いことが知られていた⁽⁴⁾．しかしながら，ど

図1■ -アルカンのターミナル酸化とサブ

ターミナル酸化経路

ターミナル酸化経路において， -アルカンは最終的に脂肪酸へと変換されβ酸化経路へと流入する．一方，サブターミナル酸化経路において， -アルカンは2級アルコール，ケトンへと酸化された後，バイヤビリガーモノオキシゲナーゼによりエステルへ変換されると推測される．

今日の話題

(2)

664 化学と生物 Vol. 53, No. 10, 2015

のような代謝経路で -アルカンを分解し利用しているかは不明であった．筆者らは，数種の属の -ヘキサデカン資化能を調べたところの資化能が高いことを確認した．特に， JCM9400 と NBRC6998は -ヘキサデカンの分解能が高いことと，ガスクロマトグラム上での代謝産物のパターンがやや異なることを見いだした．すなわち， -ヘキサデカンを炭素源として培養すると， JCM9400 では5-ヘキサデカノンが， NBRC6998では5-ヘキサデカノールが主要な代謝中間体として同定された⁽⁵⁾．さらに，微量代謝中間体を同定した結果，ペンタン酸ウンデシルエステルと1-ウンデカノールを同定した．これら代謝中間体の同定により， -ヘキサデカンを炭素源としてを培養すると図2_{のような5位を} 酸化するサブターミナル酸化経路で -ヘキサデカンが速やかに分解されると予想した．

さらに，炭素鎖長が11〜17の -アルカンを炭素源として JCM9400を培養するとそれらを速やかに分解し，その主要な代謝中間体はそれぞれ5位が酸化されたケトンであった．また，生成量は少ないものの2 位，3位，4位が酸化されたケトンも検出されたが，末端が酸化された代謝中間体は検出されなかった⁽⁶⁾．

JCM9400の脂肪酸組成は，炭素鎖長16または18 の飽和脂肪酸と不飽和脂肪酸で構成されており，炭素鎖長15や17の奇数鎖脂肪酸を含んでいない．もし

JCM9400に -アルカンの末端酸化にかかわるアルカン1-モノオキシゲナーゼ活性が存在すれば，奇数鎖 -アルカンであるペンタデカンを炭素源とした場合ペンタデ

カン酸が生成すると予想された．実際には，菌体の脂肪酸組成を分析したところペンタデカン酸や奇数鎖脂肪酸を検出することができなかったことから，

JCM9400は -アルカンの末端酸化にかかわるアルカン 1-モノオキシゲナーゼ活性を有していないことが示唆された．一方，奇数鎖1級アルコールである1-ペンタデカノールを添加して培養するとペンタデカン酸が検出されたことから1級アルコールを脂肪酸へ酸化するアルコール（およびアルデヒド）デヒドロゲナーゼ活性は有していることがわかった．

-アルカン資化性酵母は， -アルカン酸化系で初発酸化を担うチトクロームP450や脂肪酸のβ酸化系の酵素をコードする遺伝子の発現が誘導されることが知られている⁽¹⁾． JCM9400のサブターミナル酸化にかかわる酵素系の情報を得るために， -アルカンで誘導した菌体と非誘導の菌体の総タンパク質の二次元電気泳動を試みたが顕著な違いを検出することはできなかったことから， JCM9400のサブターミナル酸化にかかわる酵素群は誘導酵素でない可能性が示唆された．

これまで知られている微生物の中でもは長鎖 -アルカンの高い分解活性を有していると言える．これら代謝にかかわる関連酵素群の中でも酸化系の初発酵素であるサブターミナルアルカンモノオキシゲナーゼが最も重要であると考えられる．これまで酵素・遺伝子レベルで報告がない本酵素の諸性質が解明されれば，新たな脂質変換ツールとして位置選択的な2級アルコールやケトン生産への利用が期待される．

1) 小暮高久，角田徹，飯田敏也，太田明徳，高木正道：化学と生物，38, 693 (2000).

2) J. B. Beilen, Z. Li, W. A. Duetz, T. H. M. Smits & B. Wii-

tholt: , 58, 427 (2003).

3) S. Shimizu, H. Kawashima, K. Akimoto, Y. Shinmen & H.

Yamada: , 68, 254 (1991).

4) J. D. Walker, R. R. Colwell, Z. Vaituzis & S. A. Meyer:

, 254, 423 (1975).

5) E. Sakuradani, Y. Natsume, Y. Takimura, J. Ogawa & S.

Shimizu: , 116, 472 (2013).

6) Y. Takimura, E. Sakuradani, Y. Natsume, T. Miyake, J.

Ogawa & S. Shimizu: , 117, 275 (2014).

（櫻谷英治，徳島大学大学院ソシオテクノサイエンス研究部）

図2■ JCM9400の -ヘキサデカン代謝経路

JCM9400は -ヘキサデカンの5位を酸化するサブターミナル酸化経路をもつと考えられる．

今日の話題

(3)

665

化学と生物 Vol. 53, No. 10, 2015 プロフィル

櫻谷英治（Eiji SAKURADANI）

＜略歴＞1994年京都大学農学部農芸化学科卒業／1996年同大学大学院農学研究科農芸化学専攻修士課程修了／1999年同大学大学院農学研究科農芸化学専攻博士後期課程修了／2003年同大学大学院農学研究科助手・助教／2014年徳島大学大学院ソシオテクノサイエンス研究部教授，現在に至る＜研究テーマと抱負＞動物・植物・微生物の相互関係に着目した微生物スクリーニング＜趣味＞のんびりした釣り，楽しいお酒