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Isolation and characterization of Aurantiochytrium species useful for ω-3 fatty acids production

Wu, Chang-Yu 京都大学 DOI:10.14989/doctor.k23957

2022.03.23

概要

オメガ3高度不飽和脂肪酸（ω3-PUFA）であるドコサヘキサエン酸（DHA）やエイコサペンタエン酸（EPA）は、脳の発育や心血管疾患のリスク低減など様々な生理活性を示す機能性化合物であり、医薬品や機能性食品などに利用されている。加えて海水性魚類の必須栄養素として養殖飼料にも利用されることから、近年急速に需要が拡大している。しかしながら、ω3-PUFAの供給源は魚油に依存しており、純度、安定性、持続的供給の観点で課題があった。また、ω3-ドコサペンタエン酸（ω3-DPA）は、EPAやDHAと同様の多様な機能性を有することが期待されるものの、天然では希少であるため機能解析が進んでいなかった。このような背景のもと、多様なω3-PUFAの供給を目指し、魚油を代替しうる生産技術の開発が活発化しており、特に油糧微生物を活用した発酵生産プロセスに期待が寄せられている。本論文では、希少脂肪酸であるω3-DPAの発酵生産法の確立、ならびに、利用拡大が期待されるDHAの効率生産法の確立に取り組んだものである。

1. ω3-DPA生産株Aurantiochytrium sp. T7の単離と解析
ω3-DPAはω3-PUFAの一種であり、有用な生理活性を有することが期待されている。しかしながら、適当な供給源が存在せず、生理機能の解析はほとんど進んでいない。本論文では、ω3-DPAの生産菌としてAurantiochytrium sp.と同定されたT7株を汽水域から単離し、本菌が2%グルコース、1%酵母エキス、18 g/L人工海水を含む培地を用いた酸性範囲（pH <5.5）の培養条件下において、総脂肪酸の23.5%、164 mg/Lのω3- DPAの生産性を示すことを明らかにした。また、培養後期のグルコースの枯渇後に有意にω3-DPAの蓄積量が増加したこと、加えて、一旦蓄積したDHAなどの脂肪酸の減少にともないω3-DPAが生成したことから、これらの脂肪酸を基質とする反応を経て ω3-DPAが合成されることが予想された。

2. Aurantiochytrium sp. 6-2を用いるω3-PUFA生産における脱脂大豆の活用
DHAは魚油に含まれるω3-PUFAであり、海水性魚類の生育に必須な栄養素である。持続可能な養殖業への転換には、魚油に替わる安価な代替供給源が不可欠である。本論文では、沿岸部より単離したAurantiochytrium sp. 6-2を用い、植物残渣である脱脂大豆を活用するDHAの効率生産を検討した。Aurantiochytrium sp. 6-2株は六炭糖と様々な有機窒素源を資化でき、海水の1/4〜2倍濃度の人工海水塩を含む培地を用いた初期pH範囲6〜9の培養条件下において旺盛な生育を示したが、脱脂大豆を直接資化することはできなかった。脱脂大豆の活用に向けた処理法を検討した結果、麹菌による発酵処理を施した脱脂大豆（発酵脱脂大豆）が本菌により資化されることを見出した。発酵脱脂大豆の窒素源としての最適濃度は20%であり、その際の総脂肪酸の生産量は47.7g/Lに達し、DHA生産量は12.2 g/Lであった。以上のように、Aurantiochytrium sp. 6-2株は、安価な発酵脱脂大豆を窒素源としてω3-PUFAを効率生産でき、養殖飼料の提供に有用な株であることを明らかにした。

3．Aurantiochytrium属微生物を用いるω3-PUFAの効率生産プロセスの開発
養殖飼料用の魚油代替油脂生産における固体発酵プロセスの導入は、菌体の回収、乾燥および脂質抽出プロセスの省略を可能とし、大幅なコストの低減を実現する。本論文では、生産コストの削減や脂肪酸生産性の向上を目指し、Aurantiochytrium属微生物を用いる固体発酵によるω3-PUFA生産を効率化すべく、前培養液体培地の組成検討、ならびに、固体発酵への適用を評価した。

3-1.発酵脱脂大豆を用いる前培養（液体培養）培地の最適化
Aurantiochytrium sp. 6-2株の脂肪酸生産性を指標に、発酵脱脂大豆を用いる前培養（液体培養）条件の最適化を行った。その結果、未滅菌脱脂大豆、発酵処理用乾燥米麹、イオン交換水を1.0：1.2：2.4（w/w）の比率で混合した液体培地が最適であると判明した。本培地を用いた40℃、7日間の発酵では、Aurantiochytrium sp. 6-2株、D36株およびD40株は、それぞれ46.7 g/L、60.7 g/Lおよび55.1 g/Lの脂肪酸生産、ならびに、12.8 g/L、20.8 g/Lおよび16.1 g/LのDHA生産を示した。

3-2.固体発酵プロセスにおけるDHA生産性の評価
上述の液体培地を用いて前培養に適した条件（28℃、4日間培養）にて調製した培養液と脱脂大豆を2：1（w/w）の比率で混合し、さらに15%グルコースとミネラル成分を添加した固体培地を用い、28℃、湿度100%にて3日間培養を行った。その結果、 Aurantiochytrium sp. D13、D37ならびにD40株の脂肪酸総生産量は前培養時からさらに 14〜36%増加した。以上の成果は、植物残渣を活用したω3-PUFA高含有固体発酵物の養殖飼料等への用途拡大の可能性を示すものと考えられた。

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