平成23年度 研究成果

4. 第4四半期研究成果情報について

(1) 研究成果

1 Lignin Is Linked to Ethyl-Carbamate Formation in Ume (Prunus mume) Liqueur リグニンは梅酒におけるカルバミン酸エチル生成に関与している

著者
Tomokazu HASHIGUCHI, Hanae IZU and Shigetoshi SUDO
橋口知一、伊豆英恵、須藤茂俊
要約

Ethyl carbamate concentrations in oak barrel-aged ume (Prunus mume) liqueurs were measured, and possible explanations for elevated levels were examined. The average concentration was 0.30 mg/L, significantly higher than in ume liqueurs not aged in oak (0.08 mg/L). Oak powder extracts were prepared from both untoasted and toasted oak powder by extraction with aqueous ethanol, and these were used to make ume liqueurs. Relative to a no-oak control, the ethyl carbamate concentrations were 3.8 and 11 times higher in the ume liqueur made with the untoasted and toasted oak powder extracts respectively. Ethyl carbamate was formed when lignin was added to a 40% aqueous ethanol solution that contained potassium cyanide. These observations suggest that lignin or fragments thereof promote the formation of ethyl carbamate.

樽貯蔵梅酒中のカルバミン酸エチル濃度実態を調べ、その増加要因について検討した。樽貯蔵梅酒のカルバミン酸エチル濃度は平均で0.30 mg/lであり、樽貯蔵でない梅酒の0.08 mg/lより有意に高い値であった。トーストなし又はトーストありのオークパウダーをエタノール水溶液に加えオークパウダー抽出液を調製し、これを用いて梅酒を製造した。対照と比べてカルバミン酸エチル濃度はトーストなしで3.8倍、トーストありで11倍となった。シアン化カリウム存在下の40%アルコール溶液において、リグニンを添加した場合にカルバミン酸エチルが生成した。リグニン又はリグニン分解物はカルバミン酸エチル生成を促進すると考えられる。

掲載雑誌
Biosci. Biotechnol. Biochem., 76, 148-152 (2012)

2 Association of Constitutive Hyperphosphorylation of Hsf1p with a Defective Ethanol Stress Response in Saccharomyces cerevisiae Sake Yeast Strains 清酒酵母株におけるHsf1pの恒常的高リン酸化とエタノールストレス応答欠損の関連

著者
Chiemi Noguchi, Daisuke Watanabe, Yan Zhou, Takeshi Akao, and Hitoshi Shimoi
野口千笑、渡辺大輔、周延、赤尾健、下飯仁
要約

Modern sake yeast strains, which produce high concentrations of ethanol, are unexpectedly sensitive to environmental stress during sake brewing. To reveal the underlying mechanism, we investigated a well-characterized yeast stress response mediated by a heat shock element (HSE) and heat shock transcription factor Hsf1p in Saccharomyces cerevisiae sake yeast. The HSE-lacZ activity of sake yeast during sake fermentation and under acute ethanol stress was severely impaired compared to that of laboratory yeast. Moreover, the Hsf1p of modern sake yeast was highly and constitutively hyperphosphorylated, irrespective of the extracellular stress. Since HSF1 allele replacement did not significantly affect the HSE-mediated ethanol stress response or Hsf1p phosphorylation patterns in either sake or laboratory yeast, the regulatory machinery of Hsf1p is presumed to function differently between these types of yeast. To identify phosphatases whose loss affected the control of Hsf1p, we screened a series of phosphatase gene deletion mutants in a laboratory strain background. Among the 29 mutants, a △ppt1 mutant exhibited constitutive hyperphosphorylation of Hsf1p, similarly to the modern sake yeast strains, which lack the entire PPT1 gene locus. We confirmed that the expression of laboratory yeast-derived functional PPT1 recovered the HSE-mediated stress response of sake yeast. In addition, deletion of PPT1 in laboratory yeast resulted in enhanced fermentation ability. Taken together, these data demonstrate that hyperphosphorylation of Hsf1p caused by loss of the PPT1 gene at least partly accounts for the defective stress response and high ethanol productivity of modern sake yeast strains.

高濃度のエタノールを生産できる清酒酵母株は、意外なことに清酒醸造過程において環境ストレスに対する感受性が高いことが知られている。この原因となるメカニズムを明らかにするために、熱ショックエレメント(HSE)と熱ショック転写因子Hsf1pを介した酵母の代表的なストレス応答について、清酒酵母を用いて解析を行った。清酒醸造中または急性エタノールストレス存在下において、清酒酵母のHSE-lacZ活性は実験室酵母と比べて顕著に低かった。さらに、清酒酵母のHsf1pは細胞外のストレスとは無関係に恒常的に高リン酸化されていることがわかった。清酒酵母と実験室酵母のHSF1アレルを交換してもHSEを介したエタノールストレス応答やHsf1pのリン酸化に大きな影響はなかったことから、Hsf1pの制御系に相違があるのではないかと推測された。Hsf1p活性調節に影響を与えるフォスファターゼを同定するために、実験室株バックグラウンドのフォスファターゼ遺伝子破壊株のスクリーニングを行った。29の変異株のうち、△ppt1変異株が清酒酵母と同様のHsf1pの恒常的高リン酸化を示した。また、清酒酵母はPPT1遺伝子座全体を欠失していることも示された。実験室酵母由来の正常なPPT1を発現させることにより、清酒酵母におけるHSEを介したストレス応答に回復が見られることを確認した。また、実験室酵母においてPPT1遺伝子を欠失させると発酵能の向上につながることもわかった。以上の結果から、PPT1遺伝子の欠失によって引き起こされるHsf1pの高リン酸化は、清酒酵母株のストレス応答欠損と高いエタノール生産性の一因であることが示された。

掲載雑誌
Applied and Environmental Microbiology, 78, 385-392 (2012)

3 Positional Differences in Swelling Degree, Gelatinization Temperature, and Protein Content of Rice Flour from Large and Small Rice Grains 大粒および小粒種における米粒の部位によるデンプンの膨潤性、糊化温度およびタンパク質含量の差異

著者
Jiro Koura, Masahiko Tamaki, Isao Aramaki and Tomio Itani
古浦二郎、玉置雅彦、荒巻功、猪谷富雄
要約

The swelling degree, gelatinization temperature, and protein content of rice flour prepared from the ventral and dorsal parts of rice grains used for sake brewing (larage grains) and staple food (small grains) were examined. The swelling degree of rice flour was higher in the order: ventral part of large grains >> ventral part of small grains > dorsal part of large grains ≒ dorsal part of small grains. The rice flour obtained from the ventral part of large grains also exhibited the highest swelling power, lowest gelatinization temperature, and lowest protein content. The white precipitate remaining after the measurement of swelling power was subjected to iodine and Berlin blue reactions and observed microscopically. From these findings, we speculate that rice flour containing large amounts of protein may be difficult to gelatinize because protein firmly adheres to starch, resulting in reduced water absorption and consequently, reduced gelatinization.

清酒醸造の蒸米の研究の一環として、大粒(酒造好適米)と小粒(一般米)の腹側と背側の米粒を調製し、デンプンの膨潤性、偏光十字による糊化温度およびタンパク質含量の差異について検討した。膨潤程度では、大粒米腹側>>小粒米腹側>大粒米背側≒小粒米背側の順に大きかった。とくに、大粒米の腹側では背側に比べ、糊化温度およびタンパク質含量が低かった。さらに、膨潤力測定時の白色沈殿部における未糊化の部分に対してベルリンブルー反応およびヨード反応試験を行い、その顕微鏡観察から、デンプンの存在部位の違いによって糊化性に違いができる原因は、デンプンとタンパク質の固着が強固なためお互いに吸水を低下させ合うため糊化しにくくなることが推察された。

掲載雑誌
Journal of the Japanese Society of Agricultural Technology Management, 18, 87-94, 2011

4 Yeast Genes Involved in Uranium Tolerance and Uranium Accumulation: A Functional Screening Using the Nonessential Gene Deletion Collection ウラン耐性とウラン濃集に関与する酵母遺伝子:非必須遺伝子破壊株を用いた機能的スクリーニング

著者
Fuminori Sakamoto, Takuya Nankawa, Toshihiko Ohnukia, Tsutomu Fujii and Haruyuki Iefuji
坂本文徳、南川 卓也、大貫俊彦、藤井 力、家藤治幸
要約

We screened 4908 non-essential gene deletion mutant yeast strains for uranium sensitivity and low accumulation by growth in agar medium containing uranium. All mutant strains grew successfully on agar media containing 0 or 0.5 mM uranium for one week at 30℃. Thirteen strains with single gene deletions showed reduced growth in the agar medium containing 0.5 mM uranium and were identified as uranium-sensitive mutant strains. The phosphate transporter genes of PHO86, PHO84, PHO2, and PHO87 were among the deleted genes in the uranium-sensitive mutant strains, suggesting that genes concerned with phosphate transport contribute to uranium tolerance. Seventeen single-deletion strains showed lower uranium accumulation than the wild-type after exposure to agar medium containing 0.5 mM uranium, and were identified as mutant strains with low uranium accumulation. Among the deleted genes in these strains were cell membrane proteins, phospholipid-binding proteins, and cell wall proteins, suggesting that cell surface proteins contribute to uranium accumulation.

我々は、酵母の非必須遺伝子破壊株4908株からウラン感受性株とウラン低濃集株をウラン含有寒天培地で培養させてスクリーニングした。すべての株を、ウラン無添加もしくは0.5 mMのウランを含む寒天培地で30℃、1週間培養した。0.5 mMウラン含有寒天培地では1遺伝子破壊株13株で生育が悪くなり、ウラン感受性株と同定された。PHO86とPHO84、PHO2、PHO87というリン酸トランスポーター遺伝子がウラン感受性株の破壊遺伝子に含まれており、ウラン耐性にはリン酸輸送に関与する遺伝子が寄与していることが示唆された。0.5 mMウラン含有寒天培地において1遺伝子破壊株17株はウラン濃集が親株よりも低くなり、ウラン低濃集株と同定された。これらの株の破壊遺伝子には、細胞膜タンパク質、リン脂質結合タンパク質、細胞壁タンパク質が含まれており、ウラン蓄積に細胞表層のタンパク質が寄与していることが示唆された。

掲載雑誌
Geomicrobiology Journal 29, 470-476 (2012)

5 Characterization and Isolation of Mutants Producing Increased Amounts of Isoamyl Acetate Derived from Hygromycin B-Resistant Sake Yeast ハイグロマイシンB耐性清酒酵母からの酢酸イソアミル高生産変異株の取得とその諸性質

著者
Inoue T, Iefuji H, Katsumata H.
井上豊久、家藤治幸、勝又治雄
要約

Hygromycin B is an aminoglycoside antibiotic that inhibits protein synthesis in prokaryotes and eukaryotes. Twenty-four hygromycin B-resistants mutants were isolated from sake yeast, and were divided into three different degrees of strength according to hygromycin B resistance. Three of four hygromycin B strongly resistant mutants produced increased amounts of isoamyl acetate in sake brewing test, although isoamyl alcohol levels remained unchanged. Many hygromycin B-resistants mutants showed higher E/A ratios than K-701 in culture with koji extract medium. Strain HMR-18 produced the largest amount of isoamyl acetate, and its alcohol acetyltransferase (AATFase) activity was 1.3-fold that of K-701. DNA microarray analysis showed that many genes overexpressed in HMR-18 were involved in stress responses (heat shock, low pH, and so on) but HMR-18 showed thermo- and acid-sensitivity. It was strongly resistant to hygromycin B and another aminoglycoside antibiotic, G418.

蛋白質合成阻害剤であるハイグロマイシンBの耐性変異株が清酒酵母から24株取得された。耐性の強い4株のうち3株が清酒小仕込試験において酢酸イソアミルを高生産した。これらのイソアミルアルコール濃度は親株K-701とほぼ同じであった。多くのハイグロマイシンB耐性変異株が、麹エキス培地において高いE/A比を示した。最も酢酸イソアミルを高生産したHMR-18のアルコールアセチルトランスフェラーゼ(AATFase)活性はK-701の1.3倍であった。マイクロアレイ解析の結果、HMR-18はストレス応答(ヒートショックやpHなど)に関連した遺伝子を多く発現していた。しかしHMR-18は温度感受性、酸感受性を示した。また、HMR-18は別のアミノゴリコシド系抗生物質G418にも耐性を示した。

掲載雑誌
Biosci Biotechnol Biochem. 76, 60-66 (2012)

6 Construction of a new recombinant protein expression system in the basidiomycetous yeast Cryptococcus sp. strain S-2, and enhancement of the production of a cutinase-like enzyme. 担子菌酵母Cryptococcus sp. strain S-2を用いた新規の組み換えタンパク質生産システムの構築とクチナーゼ様酵素生産量の向上

著者
Masaki K., Tsuchioka H., Hirano T., Kato M., Ikeda H., Iefuji H.
正木和夫、土岡宏彰、平野拓也、加藤美好、池田博子、家藤治幸
要約

Yeast host-vector systems have been very successful in expressing recombinant proteins. However, because there are some proteins that cannot be expressed with existing systems, there is a need for new yeast expression systems. Here we describe a new host-vector system based on the basidiomycetous yeast Cryptococcus sp. strain S-2 (S-2). Two advantages of S-2 are that it naturally produces some very useful enzymes, so it would be a good system for expressing multiple copies of some of its genes, and that, it is a nonhazardous species. The orotate phosphoribosyltransferase (OPRTase, EC 2.4.2.10) gene (URA5) was selected as a selectable marker for transformation in the new host-vector system. URA5 was isolated and introduced into a uracil auxotroph of S-2 by electroporation. To demonstrate the S-2 system, we selected one of its unique enzymes, a plastic-degrading cutinase-like enzyme (CLE). We were able to insert multiple copies of the CLE gene (CLE1) into the chromosomes in a high fraction of the targeted cells. Under optimal conditions, one transformant exhibited 3.5 times higher CLE activity than the wild type. Expression vectors, including an inducible promoter (the promoter for the xylanase or α-amylase gene), were constructed for recombinant protein production, and green fluorescent protein was expressed under the control of these promoters. The xylanase promoter was more tightly controlled. Furthermore, putting CLE1 under the control of the xylanase promoter, which is induced by xylose, increased CLE activity of the culture medium to approximately 15 times greater than that of the wild type.

酵母の宿主-ベクター系は組換えタンパク質生産に利用されている。しかしながら、あるタンパク質は既存の発現系では生産できず、新たな酵母の発現系が期待される。我々は、新規な担子菌酵母Cryptococcus sp. strain S-2(S-2)を用いた新規の宿主-ベクター系を開発した。S-2の2つの利点は、その酵母は人体に危険な菌ではないということと、その酵母自体が有用な酵素を生産するので、それら酵素の遺伝子を複数にすることでより生産が期待されることである。オロチジン酸ホスホリボシルトランスフェラーゼ遺伝子(URA5)はこの新規宿主-ベクター系の形質転換マーカーとして選択された。URA5遺伝子は単離され、S-2のウラシル要求性株にエレクトロポーレーションにより導入された。この新たなシステムの有効性を実証するために、我々はプラスチック分解能力のあるクチナーゼ様酵素(CLE)を選んだ。我々はCLE遺伝子を染色体にマルチコピーで導入することができた。最適条件下では、形質転換体は野生株の3.5倍のCLE活性を示した。さらに、誘導性のプロモーター(キシラナーゼプロモーター、αアミラーゼプロモーター)を持つ発現ベクターを開発し、これらプロモーターの制御下で緑色蛍光タンパク質の発現を行った。キシラナーゼプロモーターはより厳密に制御されていた。さらに、CLE遺伝子をキシラナーゼプロモーター下流に置きキシロースで誘導を行うと、培養液中のCLE活性は野生株の15倍高くなった。

掲載雑誌
Appl. Microbiol. Biotechnol., 93, 1627-1636 (2012)

7 Phylogenetic and biochemical characterization of the oil-producing yeast Lipomyces starkeyi. 油脂生産酵母Lipomyces starkeyiの系統学的および生化学的特徴

著者
Oguri E., Masaki K., Naganuma T., Iefuji H.
小栗恵美子、正木和夫、長沼孝文、家藤治幸
要約

Lipomyces starkeyi is an oleaginous yeast, and has been classified in four distinct groups, i.e., sensu stricto and custers α, β, and γ. Recently, L. starkeyi clusters α, β, and γ were recognized independent species, Lipomyces mesembrius, Lipomyces doorenjongii, and Lipomyces kockii, respectively. In this study, we investigated phylogenetic relationships within L. starkeyi, including 18 Japanese wild strains, and its related species, based on internal transcribed spacer sequences and evaluated biochemical characters which reflected the phylogenetic tree. Phylogenetic analysis showed that most of Japanese wild strains formed one clade and this clade is more closely related to L. starkeyi s.s. clade including one Japanese wild strain than other clades. Only three Japanese wild strains were genetically distinct from L. starkeyi. Lipomyces mesembrius and L. doorenjongii shared one clade, while L. kockii was genetically distinct from the other three species. Strains in L. starkeyi s.s. clade converted six sugars, D-glucose, D-xylose, L-arabinose, D-galactose, D-mannose, and D-cellobiose to produce high total lipid yields. The Japanese wild strains in subclades B, C, and D converted D-glucose, D-galactose, and D-mannose to produce high total lipid yields. Lipomyces mesembrius was divided into two subclades. Lipomyces mesembrius CBS 7737 converted D-xylose, L-arabinose, D-galactose, and D-cellobiose, while the other L. mesembrius strains did not. Lipomyces doorenjongii converted all the sugars except d-cellobiose. In comparison to L. starkeyi, L. mesembrius, and L. doorenjongii, L. kockii produced higher total lipid yields from D-glucose, D-galactose, and D-mannose. The type of sugar converted depended on the subclade classification elucidated in this study.

Lipomyces starkeyiは油脂蓄積酵母であり、4つのグループに分類されていた(sensu stricto、クラスターα, β, γ)。近年、クラスターα, β, γはそれぞれ、Lipomyces mesembrius, Lipomyces doorenjongii, Lipomyces kockii,という独立した種として認められた。本研究では、ITS領域の配列に基づいて18の日本国内の野外株と関連する種間の系統解析を行い、それら系統樹を反映する生化学的特徴を評価しした。系統的解析では、大部分の国内野外株は1つのクレードを形成し、このクレードはL. starkeyi sensu strictoクレードと近かった。別の国内野外株3株は、L. starkeyiとは遺伝的に区別できた。L. mesembriusL. doorenjongiiは1つのクレードに納まり、L. kockiiは他の3種とは遺伝的に区別できた。L. starkeyi sensu strictoクレードの株は6つの糖(D-glucose, D-xylose, L-arabinose, D-galactose, D-mannose, D-cellobiose)を高収率で油脂に変換できた。サブクレードB,C,Dに分類された国内野外株は、D-glucose, D-galactose, D-mannoseを高収率で油脂に変換可能であった。Lipomyces mesembriusは2つのサブクレードに分けられた。Lipomyces mesembrius CBS 7737はD-xylose, L-arabinose, D-galactose, D-cellobioseを油脂に変換できたが、他のLipomyces mesembriusはそれら糖を油脂に変換できなかった。Lipomyces doorenjongiiはD-cellobiose以外の糖を油脂に変換できた。L. starkeyi, L. mesembrius, L. doorenjongiiと比較して L. kockii はD-glucose, D-galactose, D-mannoseにおいてより多くの油脂を生産した。油脂に変換される糖のタイプは、本研究で示したサブクレードの分類を反映していた。

掲載雑誌
Antonie van Leeuwenhoek, 101, 359-368 (2012)

8 Purification, cloning and expression of an Aspergillus niger lipase for degradation of poly(lactic acid) and poly(ε-caprolactone). ポリ乳酸とポリεカプロラクトンの分解のための、Aspergillus nigerリパーゼの精製、クローニングと発現

著者
Nakajima-Kambe T., Edwinoliver N.G., Maeda H., Thirunavukarasu K., Gowthaman M.K., Masaki K., Mahalingam S., Kamini N.R.
中島(神戸)敏明、Edwinoliver N.G.、前田浩徳、Thirunavukarasu K.、Gowthaman M.K.、正木和夫、Mahalingam S.、Kamini N.R.
要約

A lipase from Aspergillus niger MTCC 2594 was purified 53.8-fold to homogeneity by hydrophobic interaction chromatography using octyl sepharose and the enzyme showed two protein bands with apparent molecular mass of 35 and 37 kDa respectively. The lipase exhibited maximum activity at pH 7.0 and 37 ℃ and was stable between pH 4.0 and 10.0 and temperatures up to 50 ℃. The values of Km and Vmax were 3.83 mM and 32.21 μmol/min/mg respectively, using olive oil as substrate. Lipase encoding gene, lipA, coded for 297 amino acid residues with conserved pentapeptide sequence, G-H-S-L-G, was cloned and expressed in Pichia pastoris. Although lipA showed high homology with the known Aspergillus lipases, it exhibited differences in putative lid domain. Both native and recombinant lipases have potential for degradation of poly(lactic acid) and poly(ε-caprolactone), and the present study will serve as a baseline of initial studies for its exploitation in polymer degradation.

Aspergillus niger MTCC 2594由来のリパーゼは、オクチルセファロースを用いた疎水相互作用クロマトグラフィーにより均一になるまで53.8倍の精製を行った。この酵素は見かけの分子量35kDaと37kDaの2つのバンドを示した。このリパーゼは、pH7、37℃で最大活性を示した。pH4から10の間で安定であり、また50 ℃まで安定であった。オリーブオイルを基質とした場合のKmとVmaxの値はそれぞれ、3.83 mMと32.21 μmol/min/mgであった。保存されている5つのアミノ酸の配列G-H-S-L-Gを有する297残基をコードするリパーゼ遺伝子(lipA)はクローニングされ、Pichia pastorisで発現された。lipAは他の既知Aspergillusリパーゼと高い相同性があったが、推定されるリッド(蓋)ドメインでは違いが見られた。ネイティブまたは組換えリパーゼはポリ乳酸やポリεカプロラクトンの分解能力があり、本研究はポリマー分解における本酵素の利用において最初の基盤となる研究である。

掲載雑誌
Polym. Degrad. Stab., 97, 139-144 (2012)

9 食品と清酒との相性評価法 Compatibility evaluation method for food and refined sake

著者
須藤茂俊、藤田晃子、遠藤路子、神田涼子、磯谷敦子
Shigetoshi SUDO, Akiko FUJITA, Michiko ENDO, Ryoko KANDA, Atsuko ISOGAI
要約

清酒は食中酒であり、食品との相性は重要な品質特性である。しかし相性には少なからず曖昧さが伴うため、信頼性を高めるには、精度と再現性を有する相性評価法の確立が不可欠である。そこで、食品と清酒との相性評価に影響する要因を検証し、以下の結果を得た。(1)食品と清酒を飲食するインターバルは5秒以内が目安と考えられた。(2)食品と清酒との相性は、清酒を味わってから食品を味わうときの相性感性に比べ、食品を味わってから清酒を味わうときの相性感性に強く影響された。その影響度は約1対3と見積もられた。(3)味覚意識の置き方による相性への影響は軽微であった。これは検証の仕方に問題があると考えられた。(4)食品を味わってから清酒を飲むとき、高い頻度で食品から清酒への味覚リクエストが生じた。味覚リクエストは相性評価に影響すると考えられた。(5)相性に関する先入観は相性の良否に直結する清酒の品質に影響した。(6)検証結果を踏まえ、食品と清酒との相性評価法を設定した。

For refined sake, which is a liquor consumed during meals, compatibility with food is an important characteristic. Generally compatibility tends to be accompanied by ambiguity. Therefore, to obtain reliable compatibility, it is essential to develop an evaluatory method with accuracy and repeatability. We examined the factors affecting evaluation of compatibility with food and refined sake by using a food set A (black sesame tofu, tuna sashimi, saury-yakimono, diced steak, egg custard, vinegared flounder, cheesecake), and food set B (pudding, flounder sashimi, yose-hot pot, simmered fish, sirloin steak, lettuce, dry taste curry) and junmai-sake. From verification testing by 18 or 19 panelists, the following results were obtained. As for the eating and drinking intervals, less than 5 seconds were suitable. Compatibility with the sensitivity of drinking after eating was estimated to have about 3 times more effect on the evaluation of compatibility from that of eating after drinking. The effect of a placement of taste consciousness on the evaluation of compatibility was not clear. It was considered a problem during verification. The taste request from food to junmai-sake was suggested to affect the evaluation of compatibility. A preconception of compatibility affected the quality of junmai-sake which was directly linked to the evaluation. On the basis of the obtained results, we set up a method for evaluating compatibility.

掲載雑誌
日本醸造学会誌、107、49-56、(2012)

2012/4/18 掲載

3. 第3四半期研究成果情報について

(1) 研究成果

1 マウスにおける清酒成分の生理的嗜好性及び血糖値に対する影響 Effects of Sake Components on Physiological Preference and Blood Glucose Level Coinciding with Sake Intake in Mice

著者
人見学、伊豆英恵、眞鍋康子、高橋圭、橋口知一、堀井幸江、須藤茂俊
Gaku HITOMI, Hanae IZU, Yasuko MANABE, Kei TAKAHASHI, Tomokazu HASHIGUCHI, Sachie HORII2, Shigetoshi SUDO
要約
  1. 清酒に含まれる成分と生理的嗜好の関係を絶食条件下のマウスを用いて二瓶選択試験で調べた。
  2. 嗜好性の異なる純米酒を用い、嗜好性と各種清酒成分量(グルコース、アミノ酸、有機酸、香気成分)との順位相関解析及びCE-TOFMSによる一斉成分分析によって、嗜好性の上昇及び低下に関与する成分を推定した。
  3. 嗜好性を上昇させると推定した成分を純米酒に添加し、マウスによる二瓶選択試験でグルコース、リジン、ヒスチジンが嗜好性を上昇させることを示した。
  4. リジン、ヒスチジンを単独で添加しても、嗜好性が変化しない清酒も存在し、単一成分の添加で清酒の嗜好を完全に説明するのは難しいことがわかった。
  5. 嗜好性を低下させると推定した成分を純米酒に添加し、マウスによる二瓶選択試験でグルタミン、オクタン酸、ピルビン酸、酢酸イソアミルが嗜好性を低下させることを示した。
  6. 高嗜好性純米酒摂取後のマウスは低嗜好性純米酒よりも有意に血糖値が高かった。また、低嗜好性純米酒へのリジン添加が血糖値を上昇させ、高嗜好性と血糖値上昇の関連が示唆された。

We previously reported that some physiological factors besides oral stimulation are important for Sake preference. In this paper, we show the effects of Sake components on Sake physiological preference and blood glucose levels coinciding with Sake intake in mice. To identify the Sake components involved in the physiological preference, the relationships between the order of preference for five Sake and various Sake components levels were analyzed and a CE-TOFMS analysis of three Sake was performed. Suggested possible components involved in the Sake palatability were added to Sake and their preferences were tested in a two-bottle choice test in mice. As a result, glucose, Lys, and His increased the Sake preference and Gln, octanoic acid, pyruvic acid, and isoamyl acetate decreased that. However, the sole addition of Lys or His did not increase the Sake palatability in other cases; this indicated that the choice of Sake was based on more than one ingredient. The effect of Sake administration on blood glucose was tested, and a higher level of blood glucose was observed in mice administered with preferable Sake and unpreferable Sake with Lys added than for unpreferable Sake, suggesting a correlation between Sake physiological preference and high blood glucose levels.

掲載雑誌
日本醸造学会誌、106、675-686、(2011)

2 Analysis of Element Composition of Japanese and Other Wine and Their Classification 日本及び外国産ワインの元素組成分析とその分類

著者
Sachie Horii, Tomokazu Hashiguchi, Hanae Izu and Shigetoshi Sudo
堀井幸江、橋口知一、伊豆英恵、須藤茂俊
要約

A technique to determine the geographic origin of wine was examined using 99 samples from Japan and 4 other countries. The contents of 21 elements (Al, B, Ba, Ca, Cd, Cr, Cs, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, Sr, V, and Zn) were determined by inductively coupled plasma optical emission spectrometry. A linear discriminate analysis (LDA) model was created to identify wine from Japan and other countries. With these parameters, 99% correct classification was achieved. We developed an LDA model calibrated with the analytical results of 5 elements (B, Ca, Cr, K, and Mg) chosen by a backward stepwise procedure. This LDA model identified the origin of wines as Japan with 91% certainty. This result suggests that discriminating by inorganic element composition may be useful to identify Japanese wine for import clearance.

99試料の日本産,外国産のワインの産地を判別する方法について検討を行った.21元素(Al, B, Ba, Ca, Cd, Cr, Cs, Cu, Fe, K, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, Sr, V,および Zn)を誘導結合プラズマ発光分析装置により測定した.線形判別分析により,日本産と外国産の判別において99%でワインを正しく分類することができた.さらに,後進ステップワイズ法により選択した5元素(B, Ca, Cr, K,および Mg)を用い,線形判別関数を構築したところ,日本産で91%の的中率を示した.このことから,無機元素分析は日本産と外国産ワインの判別において有効であることが明らかとなった。

掲載雑誌
Journal of the Japanese Society for Horticultural Science、80、506-511、(2011)

3 酒造用原料米の無機成分の米粒内分布 Distribution of minerals in rice grains used for sake brewing

著者
荒巻功、江辺正英、三浦剛史、吉井美華
Isao Aramaki, Masahide Ebe, Takeshi Miura, Mika Yoshii
要約

酒造用原料米の無機元素(K, P, Mg, S, Si, Fe, Ca, Mn, Na, Co, Ni )の含有量について解析した。Co、Niは玄米でも0.1ppm以下と低レベルであった。五百万石、おくほまれ、兵庫北錦のK、P、Mg含有量は他の品種と比較して高い傾向にあった。山田錦のS含量は今回調べた品種の中では最も低く、同一圃場で栽培された日本晴と比較してもFe、S含量は低かった。 精米による変化について調べたところ、K、P、Ca、Mg、Mn、Siは精米歩合70%まで急激に減少しその後横ばいとなったが、Sの減少は精米歩合30%まで直線的に減少した。山田錦と五百万石について心白粒と無心白粒の無機元素含有量を精米歩合別で比較したところ、顕著な違いはみられなかった。SEM/EDXの観察から、P、K、Mg、Siはアリューロン層や果皮に多く分布することが明らかとなった。

Mineral (K, P, Mg, S, Si, Fe, Ca, Mn, Na, Co, Ni ) contents of rice grains used for sake brewing were analysed. The contents of Co and Ni were very low ( < 0.1ppm) even in brown rice grains. Gohyakumangoku, Okuhomare, and Hyogokitanishiki showed higher contents of K, P and Mg in rice grains than other varieties. Yamadanishiki showed the lowest content of S among varieties used in this study, and it showed lower contents of Fe and S than those Nipponbare even cultivated in the same field. As the milling ratio was lower, the contents of K, P, Ca, Mg, Mn, and Si decreased rapidly from the brown rice to 70% of the milling ratio, but those did not change from 70% to 30% of the milling ratio. On the other hand, the content of S decreased linearly from brown rice to 30% of the milling ratio. There were no significant differences in mineral concentrations between white core rice grains and non-white core rice grains in Yamadanishiki and Gohyakumangoku, as the milling ratio was lower. Energy Dispersive X-Ray (EDX) micrograph observation showed P, K, and Mg distributed abundantly in the aleurone layer of rice grains and Si distributed abundantly in the pericarp of rice grains.

掲載雑誌
日本醸造学会誌、106、837-847、(2011)

4 Development of an efficient gene-targeting system in Aspergillus luchuensis by deletion of the non-homologous end joining system 非相同組み換え機構を欠損させることによる遺伝子破壊効率の高い Aspergillus luchuensis の造成

著者
Toru Takahashi, Osamu Mizutani, Youhei Shiraishi, Osamu Yamada
高橋徹、水谷治、白石洋平、山田修
要約

The industrial fungus Aspergillus luchuensis is used to produce a distilled spirit in Okinawa Island, Japan. Recently, the genome sequence of A. luchuensis RIB2604 (Aspergillus awamori NBRC 4314) was revealed and many functional genes are now expected to be analysed. Gene targeting is necessary for analysing the function of a gene; however, gene targeting frequencies in A. luchuensis are very low. To develop a highly efficient gene-targeting system for A. luchuensis, we disrupted A. luchuensis ligD (ALligD) encoding the human DNA ligase IV (ligIV) homologue using an Agrobacterium mediated gene transformation method. Deletion of ALligD dramatically improved homologous recombination efficiency (reached 100%) compared to that in the wild-type strain (0.8%), when 1000-bp homologous flanking regions were used. The ALligD disruptant showed no apparent defect in vegetative growth, and it exhibited increased sensitivity to phleomycin and high methyl methanesulphonate concentrations compared to the wild-type strain. Furthermore, using this ALligD disruptant, we disrupted ALpksP encoding an Aspergillus fumigatus polyketide synthase P (alb1/pksP) orthologue. The ALpksP disruptant displayed a decolourized conidial phenotype. This result indicated that ALpksP is a key factor for conidial black pigmentation in A. luchuensis. Our results indicate that the ALligD mutant is an efficient host for targeted gene disruption in A. luchuensis.

Aspergillus luchuensis は沖縄に於いて焼酎製造に使用されている醸造糸状菌である。近年 A.luchuensis RIB2604 株のゲノム配列が明らかとなり、様々な遺伝子の機能が明らかとなることが期待されている。遺伝子破壊はその遺伝子の機能を解析するために必要であるが A.luchuensis の遺伝子破壊効率は非常に低い。高効率に遺伝子破壊を行うことのできる A.luchuensis を造成するために我々は DNA ligase IV ホモログである ALligD 遺伝子をアグロバクテリウム法により破壊した。ALligD 遺伝子を破壊することにより相同組み換え効率は 1000 bp の相同領域長を持たせることにより 100% となり野生型の 0.8% と比較し飛躍的に向上した。また、ALligD 破壊株は生育速度には影響を示さなかったが、DNA傷害性試薬には感受性を示した。さらに、我々は Aspergillus fumigatus のメラニン合成に関与している pksP 遺伝子のホモログである ALpksP 遺伝子を破壊した。その結果、A.luchuensis の分生子は白色を示したため、ALlpksP もまた分生子の着色に関与している遺伝子であることが分かった。これらの結果から、ALligD を破壊した A.luchuensis は遺伝子破壊の宿主に適していることが示された。

掲載雑誌
Journal of Bioscience and Bioengineering, Vol. 112 (6), P. 529-534 (2011)

5 Ethanol fermentation driven by elevated expression of the G1 cyclin gene CLN3 in sake yeast 清酒酵母におけるG1サイクリン遺伝子CLN3の高発現を介したエタノール発酵促進

著者
Daisuke Watanabe, Satoru Nogami, Yoshikazu Ohya, Yoichiro Kanno, Yan Zhou, Takeshi Akao, and Hitoshi Shimoi
渡辺大輔、野上識、大矢禎一、菅野洋一朗、周延、赤尾健、下飯仁
要約

Cellular and subcellular morphology reflects the physiological state of a cell. To determine the physiological nature of sake yeast with superior fermentation properties, we quantitatively analyzed the morphology of sake yeast cells by using the CalMorph system. All the sake strains examined here exhibited common morphological traits that are typically observed in the well-characterized whiskey (whi) mutants that show accelerated G1/S transition. In agreement with this finding, the sake strain showed less efficient G0/G1 arrest and elevated expression of the G1 cyclin gene CLN3 throughout the fermentation period. Furthermore, deletion of CLN3 remarkably impaired the fermentation rate in both sake and laboratory strains. Disruption of the SWI6 gene, a transcriptional coactivator responsible for Cln3p-mediated G1/S transition, also resulted in a decreased fermentation rate, whereas whi mutants exhibited significant improvement in the fermentation rate, demonstrating positive roles of Cln3p and its downstream signalling pathway in facilitating ethanol fermentation. The combined results indicate that enhanced induction of CLN3 contributes to the high fermentation rate of sake yeast, which are natural whi mutants.

細胞や細胞内構造の形態は細胞の生理状態を反映すると考えられる。すぐれた発酵特性を有する清酒酵母の生理特性を明らかにするために、我々はCalMorphシステムを用いた清酒酵母の定量的形態解析を行った。本研究で解析した清酒酵母株はすべて、G1/S期移行が促進していることが以前からよく研究されているwhiskey (whi) 変異株と共通の形態学的特徴を示した。この発見と矛盾することなく、清酒酵母は発酵期間を通じて、G0/G1期停止の効率が低く、G1サイクリン遺伝子CLN3の発現量が上昇していた。さらに、CLN3遺伝子の欠失により、清酒酵母・実験室酵母のいずれも発酵速度が著しく低下することがわかった。Cln3pを介したG1/S期移行に必須な転写制御因子SWI6遺伝子の破壊も同様に発酵速度の低下を引き起こしたのに対し、whi変異は発酵速度を著しく向上させたことから、Cln3pとその下流のシグナル伝達経路がエタノール発酵を正に制御することが示された。以上の結果を組み合わせると、CLN3の高発現が清酒酵母(すなわち天然のwhi変異株)の高発酵性の一因であることが明らかになった。

掲載雑誌
Journal of Bioscience and Bioengineering, Vol. 112, No. 6, 577-582 (2011)

6 Whole-Genome Sequencing of Sake Yeast Saccharomyces cerevisiae Kyokai no. 7 清酒酵母Saccharomyces cerevisiaeきょうかい7号の全ゲノム解析

著者

Takeshi Akao, Isao Yashiro, Akira Hosoyama, Hiroshi Kitagaki, Hiroshi Horikawa, Daisuke Watanabe, Rinji Akada, Yoshinori Ando, Satoshi Harashima, Toyohisa Inoue, Yoshiharu Inoue, Susumu Kajiwara, Katsuhiko Kitamoto, Noriyuki Kitamoto, Osamu Kobayashi, Satoru Kuhara, Takashi Masubuchi, Haruhiko Mizoguchi, Yoshihiro Nakao, Atsumi Nakazato, Masahiro Namise, Takahiro Oba, Tomoo Ogata, Akinori Ohta, Masahide Sato, Seiji Shibasaki, Yoshifumi Takatsume, Shota Tanimoto, Hirokazu Tsuboi, Akira Nishimura, Koji Yoda, Takeaki Ishikawa, Kazuhiro Iwashita, Nobuyuki Fujita, and Hitoshi Shimoi

赤尾健、矢代勲、細山明、北垣浩志、堀川博、渡辺大輔、赤田倫治、安藤義則、原島俊、井上豊久、井上義晴、梶原将、北本勝ひこ、北本則行、小林統、久原哲、増淵隆、溝口晴彦、中尾佳宏、中里厚実、浪瀬政宏、大場孝宏、尾形智夫、太田昭徳、佐藤雅英、芝崎誠司、高詰嘉文、谷本昌太、坪井宏和、西村顕、依田幸司、石川雄章、岩下和裕、藤田信之、下飯仁
要約

The term 'sake yeast' is generally used to indicate the Saccharomyces cerevisiae strains that possess characteristics distinct from others including the laboratory strain S288C and are well suited for sake brewery. Here, we report the draft whole-genome shotgun sequence of a commonly used diploid sake yeast strain, Kyokai no. 7 (K7). The assembled sequence of K7 was nearly identical to that of the S288C, except for several subtelomeric polymorphisms and two large inversions in K7. A survey of heterozygous bases between the homologous chromosomes revealed the presence of mosaic-like uneven distribution of heterozygosity in K7. The distribution patterns appeared to have resulted from repeated losses of heterozygosity in the ancestral lineage of K7. Analysis of genes revealed the presence of both K7-acquired and K7-lost genes, in addition to numerous others with segmentations and terminal discrepancies in comparison with those of S288C. The distribution of Ty element also largely differed in the two strains. Interestingly, two regions in chromosomes I and VII of S288C have apparently been replaced by Ty elements in K7. Sequence comparisons suggest that these gene conversions were caused by cDNA-mediated recombination of Ty elements. The present study advances our understanding of the functional and evolutionary genomics of the sake yeast.

一般に「清酒酵母」とは、Saccharomyces cerevisiaeの菌株のうち、実験室酵母S288Cを含むその他の株と明確に区別される性質を有し、清酒醸造によく適した菌株を示す。ここに我々は、広く用いられている2倍体清酒酵母、きょうかい7号(K7)のドラフト全ゲノム配列を報告する。K7のアセンブルされた配列はS288Cのそれとよく似ていたが、例外的にいくつかのサブテロメア領域の多型や2ヶ所の大規模な逆位がK7に存在した。K7の相同染色体間のヘテロザイガスな塩基の調査により、モザイク用の不均一なヘテロザイゴシティの存在が明らかとなった。この分布パターンはK7の祖先の系統で異型性喪失が繰り返し起こったことによるものと考えられた。また、S2288Cと比較して、K7では遺伝子の断片化や末端不一致が数多く見られたほか、K7特異的に存在あるいは欠失した遺伝子が存在した。Ty因子の分布は2株間で大きく異なっていた。興味深いことにS288Cの第1及び第7染色体の2つの領域は、K7では、おそらくはTyによって置換されているようであり、Ty因子のcDNAが介在する相同組換えにようる遺伝子変換が起こったことを示唆していた。本研究は清酒酵母の機能及び進化ゲノミクスに関する我々の理解を進展させるものである。

掲載雑誌
DNA Res., 18, 423-434 (2011)

7 Purification and characterization of a novel aspartic protease from basidiomycetous yeast Cryptococcus sp. S-2. Cryptococcus sp. S-2 由来新規アスパラギン酸プロテアーゼの精製と性質決定

著者
Shengbin Rao, Osamu Mizutani, Takuya Hirano, Kazuo Masaki, Haruyuki Iefuji
饒聖分、水谷治、平野拓也、正木和夫、家藤治幸
要約

An aspartic protease (Cap1) was purified from basidiomycetous yeast Cryptococcus sp. S-2 (FERM ABP-10961) using HiTrap DEAE FF column and HiTrap Q HP column chromatography with azocasein as a substrate. Cap1 has a molecular mass of 34 kDa on SDS-PAGE. It was stable up to 50°C with maximum activity at 30°C. Maximum proteolytic activity was observed at pH 5.0. Cap1 was stable in the pH range 3.0-7.0. Its enzyme activity was strongly inhibited by pepstatin A, an inhibitor of aspartic proteases, indicating that Cap1 is an aspartic protease. Cap1 hydrolyzed protein substrates, including BSA, hemoglobin, α-casein, β-casein, and κ-casein. It showed activity on synthetic substrates, such as MOCAc-Gly-Lys-Pro-Ile-Leu-Phe-Phe-Arg-Leu-Lys(Dnp)-D-Arg-NH2 and MOCAc-Ala-Pro-Ala-Lys-Phe-Phe-Arg-Leu-Lys(Dnp)-NH2. Hydrolysis of the oxidized insulin B chain followed by amino acid sequencing analysis of the cleavage products revealed that 9 of its 30 peptide bonds were hydrolyzed by Cap1. This result was similar to that observed with pig pepsin A and human pepsin A. Cap1 also exhibited milk-clotting activity. We cloned the cDNA of CAP1 gene, which contained a 1254 bp open reading frame encoding a protein of 417 amino acid residues. Homology search in the NCBI database revealed that the amino acid sequence of Cap1 showed less than 39% identity to other known proteins. Therefore, we proposed that Cap1 is a novel aspartic protease.

Cryptococcus sp. S-2 培養液よりアゾカゼインを基質として、DEAE FF, Q HP カラムを用い、新規アスパラギン酸プロテアーゼ (Cap1) を精製した。Cap1 は、SDS-PAGE から 34 kDa の分子量であった。Cap1 の至適温度は、 30℃、至適 pH は、5 であり、50℃ までの温度安定性、pH 3 から 7 までの pH 安定性を有していた。Cap1 は、アスパラギン酸プロテアーゼの阻害剤であるペプスタチン A によってその活性が阻害された。Cap1 は、BSA、ヘモグロビン、α-, β-, κ-カゼインといったタンパク質に切断活性有していた。また、MOCAc-Gly-Lys-Pro-Ile-Leu-Phe-Phe-Arg-Leu-Lys(Dnp)-D-Arg-NH2 や MOCAc-Ala-Pro-Ala-Lys-Phe-Phe-Arg-Leu-Lys(Dnp)-NH2 のような合成基質に対しても切断活性示した。インシュリン B 鎖を基質に用いた切断解析から、Cap1 は、ブタやヒトペプシン A と類似の切断活性を有することが明らかになった。Cap1 は、凝乳活性も有していた。Cap1 のクローニングを行った所、Cap1 遺伝子は 1254 bp の ORF からなり、417 アミノ酸残基をコードしていた。NCBI のデータベースを用いたホモロジー検索の結果、Cap1 は既存のアスパラギン酸プロテアーゼと 39 % 未満の相同性しか示さなかったことから、我々は Cap1 は新規のアスパラギン酸プロテアーゼであると提案しました。

掲載雑誌
J Biosci Bioeng. 2011 Nov;112(5):441-6

8 Sensitive Measurement of Thermal Stress in Beer and Beer-like Beverages Utilizing the 2-Thiobarbituric Acid (TBA) Reaction. チオバルビール酸(TBA)反応を利用したビールとビール系飲料の熱ストレスの高感度測定

著者
Akihiro Mizuno, Yoshitsugu Nomura, and Hiroshi Iwata
水野昭博、野村佳司、岩田博
要約

We examined the sensitivity of the 2-thiobarbituric acid (TBA) reaction for measuring thermal stress in beer, happoshu (a beer-like beverage with <67% malt content), and new genre beverages (beer-like beverages without malt or happoshu diluted with spirit). The thiobarbituric acid index (TBI) analytical procedure has been used to measure thermal stress in malt, wort, and beer. However, the TBI method is not as sensitive for beer. We compared the TBA reaction method used in shochu (a traditional Japanese distilled alcoholic beverage) with the TBI method. We confirmed that the TBA reaction method used for shochu is more suitable for measuring thermal stress in beer and beer-like beverages, whereas the TBI method is more suitable for measuring thermal stress in wort. The difference in the suitability of these methods seemed to be partly owing to the difference in the reaction of TBA with 5-hydroxymethylfurfural and 3-deoxyglucosone, both of which are major intermediates in the Maillard reaction. We concluded that the shochu TBA reaction method could produce a sensitive and practical index of thermal stress inflicted during storage of beer and beer-like beverages.

我々は、ビール、発泡酒(麦芽比率67%未満のビール系飲料)及び新ジャンル(麦芽無使用か、発泡酒をスピリッツで希釈したビール系飲料)の熱ストレス測定のために、チオバルビツール酸(TBA)反応の感度を調べた。チオバルビツール酸インデックス(TBI)の分析手順は、麦芽、麦汁及びビールの熱ストレスを測定するために用いられている。しかしながら、TBI法はビールに対して感度は低い。我々はしょうちゅう(伝統的な日本の蒸留酒)に使用されるTBA反応法とTBI法を比較した。我々は、しょうちゅうに使用されるTBA反応はビール及びビール系飲料の熱ストレス測定に適する一方、TBI法は麦汁の熱ストレス測定に適していることを確認した。これらの方法の適性の違いは、メイラード反応の主要な中間体である5-ハイドロキシメチルフルフラールと3-デオキシグルコソンの反応の違いによると思われた。我々は、しょうちゅうTBA反応法はビール及びビール系飲料の貯蔵中の熱ストレスに対して感度の高い実用的な指標となると結論した。

掲載雑誌
J. Am. Soc. Brew. Chem., 69, 220-226 (2011)

9 Application of Combustion Method to the Determination of Total Nitrogen in Beer, Low-Malt Beer, and Third-Category Beer 燃焼法によるビール、発泡酒及び第三のビール中の全窒素の定量

著者
M. Nakahara (Kirin Business Expert Co. Ltd.), Chair; S. Furusho (Sapporo Breweries Ltd.); E. Hirabayashi (Suntory Liquors Ltd.); A. Isamoto (Sapporo Breweries Ltd.); Y. Kasama (LECO Japan Co.); K. Kusaka (National Research Institute of Brewing); K. Matsui (Kirin Business Expert Co. Ltd.); S. Matsui (Sumika Chemical Analysis Service); R. Ota (Sumika Chemical Analysis Service); T. Ozawa (Kirin Business Expert Co. Ltd.); D. Sato (DKSH Japan K.K.); Y. Sato (Asahi Breweries, Ltd.); A. Tanahara (Ryukyu University); T. Uehara (Orion Breweries, Ltd.); and T. Yamakawa (Suntory Liquors Ltd.)
中原正晃(キリンビジネスエキスパート株式会社)、古庄重樹(サッポロビール株式会社)、平林恵津子(サントリー酒類株式会社)、諌元亜彩美(サッポロビール株式会社)、笠間裕子(LECOジャパン合同会社)、日下一尊(独立行政法人酒類総合研究所)、松井精司(株式会社住化分析センター)、太田隆司(株式会社住化分析センター)、小沢輝子(キリンビジネスエキスパート株式会社)、佐藤大介(DKSHジャパン株式会社)、佐藤由佳子(アサヒビール株式会社)、棚原朗(琉球大学)、上原知子(オリオンビール株式会社)、山川寛裕(サントリー酒類株式会社)
要約

The amount of protein in food is calculated from total nitrogen. The conventional Kjeldahl method has several disadvantages: the time required for quantitative determination and the use of dangerous reagents such as concentrated sulfuric acid, etc. In contrast, the combustion method is capable of determining total nitrogen in a short time and safely, without the use of dangerous reagents.

This subcommittee was charged with evaluating the combustion method for analysis of total nitrogen in beer, low-malt beer, and third-category beer. The collaborative work was carried out by 11 collaborators. Both repeatability and reproducibility were calculated from the results of the collaborative work.

  1. Relative repeatability standard deviation (RSDr) and repeatability limit (r95) for determination of total nitrogen by the combustion method ranged from 0.8 to 4.1% and from 12.6 to 34.5 mg/L, respectively, and were judged acceptable.
  2. Relative reproducibility standard deviation (RSDR) and reproducibility limit (R95) for determination of total nitrogen by the combustion method ranged from 3.0 to 11.9% and from 36.6 to 115.4 mg/L, respectively, and were judged acceptable.

食品中のたんぱく質量は総窒素量から算出される。全窒素分析の公定法であるケルダール法は、定量に時間を要すること、濃硫酸といった危険な試薬を使用する等の短所がある。一方、燃焼法は、危険な試薬を使用することなく、安全に短時間で定量できる。

本分科会は、燃焼法によるビール、発泡酒及び第三のビール中の全窒素の定量を評価した。本共同研究は11の共同研究機関により実施した。共同研究結果を基に、以下の並行精度及び室間再現精度を算出した。

  1. 並行相対標準偏差RSDrは0.8~4.1%、並行許容差r95は12.6~34.5mg/Lの範囲であり、許容範囲内であった。
  2. 室内再現標準偏差RSDRは3.0~11.9%、室内再現許容差R95は36.6~115.4mg/Lの範囲であり、許容範囲内であった。
掲載雑誌
J. Am. Soc. Brew. Chem., 69, 308-309 (2011)

(2) 公開特許

1 飲料の製造方法

出願番号
特願2011-39050(P2011-39050)
出願日
平成23年2月24日
公開番号
特開2011-212009(P2011-212009A)
公開日
平成23年10月27日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所
発明者
橋口知一
課題

カルバミン酸エチルを低減する飲料の製造方法、及びかかる製法により得られた飲料を提供すること。

解決手段

シアン配糖体を含む植物(梅、杏、桃、ビワ、プラム、チェリー、豆、イモ、サトウキビ等)を原料とする飲料の製造方法であって、シアン化水素を捕捉する物質によりシアン化水素を捕捉してシアン化水素を除去する工程を有する飲料の製造方法、及びかかる製法により得られた飲料である。

2 エタノールの製造方法

出願番号
特願2009-278555(P2009-278555)
出願日
平成21年12月8日
公開番号
特開2011-120486(P2011-120486A)
公開日
平成23年6月23日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所
発明者
渡辺大輔、赤尾健、下飯仁
課題

酵母を用いて、生産性高くエタノールを製造する方法を提供すること。

解決手段

ストレス応答転写因子をコードする遺伝子が破壊されてなる酵母の遺伝子破壊株を用いた、エタノールの製造方法。

3 醸造酒に含まれる微生物由来のDNAの検出方法

出願番号
特願2010-36529(P2010-36529)
出願日
平成22年2月22日
公開番号
特開2011-167166(P2011-167166A)
公開日
平成23年9月1日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所
発明者
下飯仁、赤尾健、渡辺大輔、佐藤智美
課題

醸造酒に含まれるDNAであって、微生物由来のDNAを簡便に検出する方法を提供すること、並びに醸造に使用した微生物の推定や変異株の検出が可能な、DNAの検出方法を提供すること。

解決手段

以下の(1)~(4)の工程:(1)醸造酒のアルコール沈殿処理を行ってDNAを抽出する工程、(2)陰イオン交換膜若しくは樹脂を用いる精製と、シリカベース膜若しくは樹脂を用いる精製とを組み合わせて、工程(1)で抽出されたDNAを精製する工程、(3)工程(2)で精製されたDNAからPCR阻害物質を除去する工程、並びに(4)工程(3)で得られたDNAを、標的微生物の特異的プライマーを用いるPCRにより増幅する工程、を含む、醸造酒に含まれるDNAであって、該標的微生物由来のDNAの検出方法。

2011/11/1 掲載

2. 第2四半期研究成果情報について

(1) 研究成果

1 平成21酒造年度全国新酒鑑評会出品酒の分析について Analysis of Sake Component Presented to the Sake Contests in 2010

著者
須藤茂俊、磯谷敦子、藤田晃子、平松順一
Shigetoshi SUDO, Atsuko ISOGAI, Akiko FUJITA and Jyunichi HIRAMATSU
要約

平成21酒造年度全国新酒鑑評会(第98回鑑評会)は、当該年度生産清酒を全国的に調査研究することにより、製造技術と酒質の現状及び動向を明らかにし、もって清酒の品質及び酒造技術の向上に資するとともに、国民の清酒に対する認識を高めることを目的として、日本酒造組合中央会と共催した。

審査は、酒類総合研究所広島事務所において、平成22年4月21日(水)から23日(金)の3日間に予審を行い、5月11日(火)及び12日(水)に決審を行った。また、5月26日(水)に東広島運動公園体育館で製造技術研究会を、6月16日(水)に東京のサンシャインシティ・ワールドインポートマート展示ホールで公開きき酒会を開催した。

出品の内訳は、第Ⅰ部(山田錦の使用割合が50%以下の部)が145点、第Ⅱ部(山田錦の使用割合が50%超の部)が750点の合計895点であった。審査の結果、優秀と認められた457点を入賞酒とし、さらに、決審において特に優秀と認められた242点に金賞を授与した。また、出品酒を公開する製造技術研究会及び公開きき酒会には、全国から、それぞれ、1,392人及び4,227人が来場した。

出品酒については、酒質の現状及び動向を調査研究するため、調査表の内容を集計するとともに成分分析を行った。

掲載雑誌
酒類総合研究所報告, 183, 1-15 (2011)

2 第33回本格焼酎鑑評会について Analysis of Traditional Shochu Presented to the 33rd Contest in 2010

著者
福田央、小林健、坂本和俊、水谷治、金井宗良、平松順一
Hisashi FUKUDA, Ken KOBAYASHI, Kazutoshi SAKAMOTO, Osamu MIZUTANI, Muneyoshi KANAI and Jyun-ichi HIRAMATSU
要約

単式蒸留しょうちゅうの品質を全国的に調査研究することにより、製造技術と酒質の現状及び動向を把握するとともに製造業者の参考とするため、第33回本格焼酎鑑評会を日本酒造組合中央会と共催で開催した。出品資格として、単式蒸留しょうちゅう製造免許を有する製造者で、日本酒造組合中央会の組合員に限定した。官能審査は平成22年6月3日(木)及び4日(金)に行い、公開きき酒会は6月25日(金)に当所で開催し、出品関係者の参考に供した。

出品酒の官能審査と成分分析を行ったので、その結果の概要について報告する。

掲載雑誌
酒類総合研究所報告, 183, 16-25 (2011)

3 清酒に含まれるアミン

著者
堀井幸江、橋口知一、伊豆英恵、須藤茂俊
要約

各種の酒母を用いた市販清酒(41点)に含まれるアミンの分析を行った。アグマチンは全ての試料から検出され、平均値は276.6 mg/lであった。フェネチルアミンも全ての試料から検出されたものの、その濃度は最大でも2.31 mg/lであった。ヒスタミン、チラミン、トリプタミン、イソアミルアミン、プトレシン、カダベリン及びスペルミンについては、いずれかの試料において検出されているものの、その濃度は最大でも11.78 mg/lであった。使用した酒母により含有量に有意な差が見られたのは、フェネチルアミン、およびアグマチンで、いずれも山廃酛で含有量が高かった。フェネチルアミンは山廃酛と純米酒、山廃酛と普通酒の含有量に、アグマチンは山廃酛と普通酒の含有量に有意な差が見られた。それ以外のアミンについては、使用した酒母による差は認められなかった。清酒中のアミン含有量は、アグマチンを除けば、ワイン、ビールと同程度またはそれ以下であった。

掲載雑誌
酒類総合研究所報告、183、26-30、(2011)

4 カビ臭の生成に関与する麴菌のメチル基転移酵素遺伝子の探索 Search for an O-methyltransferase gene of koji-mold involved in the formation of a musty/moldy off-odor

著者
遠藤路子、藤田晃子、磯谷敦子、神田涼子、岩下和裕、山田修、岩田博、須藤茂俊
Michiko ENDO, Akiko FUJITA, Atsuko ISOGAI, Ryoko KANDA, Kazuhiro IWASHITA, Osamu YAMADA, Hiroshi IWATA and Shigetoshi SUDO
要約

2,4,6-トリクロロフェノール(TCP)の2,4,6-トリクロロアニソール(TCA、カビ臭の要因)への変換に関与する麴菌のO-メチルトランスフェラーゼ遺伝子を探索するために、我々はAspergillus oryzaeの遺伝子破壊を行い、その変換能が低下した破壊株を選抜した。はじめに、Aspergillus oryzae RIB40ゲノムデータベースよりSAM依存性メチルトランスフェラーゼあるいはO-メチルトランスフェラーゼと推定されている76遺伝子を抽出した。このうち、34遺伝子を個別に破壊した。次に、破壊株を用いてTCPの存在下で製麴を行った。AO080521000231の遺伝子破壊株の麴におけるTCPのTCAへの変換能は非破壊株の麴における変換能に比べて非常に低かったが(12%)、麴はα-アミラーゼ、グルコアミラーゼ、酸性カルボキシペプチダーゼ、酸性プロテアーゼの十分な生産性を保持していた。これらの結果より、AO080521000231がTCPのTCAへの変換に関与する主要なO-メチルトランスフェラーゼをコードしている可能性が示唆された。

To search for an O-methyltransferase gene of koji-mold involved in the conversion of 2,4,6-trichlorophenol (TCP) to 2,4,6-trichloroanisole (TCA, a main cause of a musty/moldy off-odor), we performed gene disruptions in Aspergillus oryzae and screened a disruptant weakened in the conversion ability. First, 76 genes assigned as SAM-dependent methyltransferase or O-methyltransferase were extracted from the Aspergillus oryzae RIB40 genome database. Among them, 34 genes were individually disrupted. Rice-koji was then made using the resulting disruptants in the presence of TCP. The conversion ability of TCP to TCA in the rice-koji of the AO080521000231 disruptant was much lower (12%) than that of non-disrupted transformant while the rice-koji retained sufficient enzyme productivities of α-amylase, glucoamylase, acid carboxypeptidase, and acid protease. These results suggest that AO080521000231 encodes the primary O-methyltransferase involved in the conversion of TCP to TCA.

掲載雑誌
日本醸造協会誌、106(8)、556-561(2011)

5 Sake yeast strains have difficulty in entering a quiescent state after cell growth cessation 清酒酵母は増殖停止後も休止状態になりにくい

著者
Henryk Urbanczyk, Chiemi Noguchi, Hong Wu, Daisuke Watanabe, Takeshi Akao, Hiroshi Takagi, and Hitoshi Shimoi
ヘンリク・ウルバンチク、野口千笑、呉洪、渡辺大輔、赤尾健、高木博史、下飯仁
要約

Sake yeast strains produce a high concentration of ethanol during sake brewing compared to laboratory yeast strains. As ethanol fermentation by yeast cells continues even after cell growth stops, analysis of the physiological state of the stationary phase cells is very important for understanding the mechanism of producing higher concentrations of ethanol. We compared the physiological characteristics of stationary phase cells of both sake and laboratory yeast strains in an aerobic batch culture and under sake brewing conditions. We unexpectedly found that sake yeast cells in the stationary phase had a lower buoyant density and stress tolerance than did the laboratory yeast cells under both experimental conditions. These results suggest that it is difficult for sake yeast cells to enter a quiescent state after cell growth has stopped, which may be one reason for the higher fermentation rate of sake yeast compared to laboratory yeast strains.

清酒酵母株は実験室酵母と比較して、清酒醸造中に高濃度のエタノールを生産することができる。酵母によるエタノール発酵は増殖停止後も継続することが知られているので、高エタノール生産性のメカニズムを理解するためには定常期の細胞の生理状態を解析することが非常に重要である。我々は、清酒酵母と実験室酵母の定常期における生理状態の特徴を、好気的培養条件と清酒醸造条件において比較した。その結果意外なことに、定常期の清酒酵母細胞はいずれの条件においても実験室酵母と比べて浮遊密度が低く、ストレス耐性が低いことを見出した。これらの結果から、清酒酵母は増殖停止後も休止状態になりにくいことが示され、このことが清酒酵母が実験室酵母よりも高い発酵速度を示す一因だろうと考えられる。

掲載雑誌
Journal of Bioscience and Bioengineering, Vol. 112, No. 1, 44-48 (2011)

6 Automatic measurement of sake fermentation kinetics using a multi-channel gas monitor system マルチチャンネルガスモニタリングシステムを利用した清酒発酵カイネティクスの自動計測

著者
Daisuke Watanabe, Tomonori Ota, Fusajiro Nitta, Takeshi Akao, and Hitoshi Shimoi
渡辺大輔、太田和憲、新田房二郎、赤尾健、下飯仁
要約

In small-scale sake brewing tests, progression of ethanol fermentation is examined by monitoring carbon dioxide emission using the Fermograph, an automated multi-channel gas monitor instrument. The Fermograph system enables automatic measurements of fermentation profiles with high accuracy, reproducibility, and resolution, and facilitates comprehensive and quantitative sake fermentation kinetic analyses.

清酒小仕込試験におけるエタノール発酵の進行を、ファーモグラフ(マルチチャンネル自動ガスモニタリング装置)を用いて炭酸ガス発生量をモニターすることにより測定した。ファーモグラフの導入により、発酵プロファイルの解析を高い正確度、再現性、解像度をもって行うことが可能となり、網羅的・定量的な清酒発酵カイネティクス解析法を確立することができた。

掲載雑誌
Journal of Bioscience and Bioengineering, Vol. 112, No. 1, 54-57 (2011)

7 Analyses of peptides in sake mash: Forming a profile of bitter-tasting peptides 清酒もろみ中のペプチドの解析:苦味ペプチドの生成プロファイル

著者
Yukiko Maeda, Masaki Okuda, Katsumi Hashizume, Midori Joyo, Shigeaki Mikami and Nami Goto-Yamamoto
前田由貴子、奥田将生、橋爪克己、上用みどり、三上重明、後藤奈美
要約

Some oligopeptides and amino acids have a strong influence on the sensory qualities of sake, but the formation process of such compounds in sake mash has not been well elucidated. In this study, we investigated the formation process of bitter-tasting peptides derived from rice proteins in sake mash, because knowledge about their formation may contribute to the quality control of sake. We analyzed rice protein hydrolysates in sake mash, as well as in the enzymatic digest of steamed rice grains digested by either sake-koji or by crude enzyme extracted from sake- koji. SDS-PAGE showed that a smaller amount of polypeptides (>M.W. 10,000) accumulated in the supernatant of sake mash than in either enzymatic digest. The concentration of peptides in the supernatant of sake mash increased gradually from the early stages of fermentation. Five bitter-tasting peptides (No. 9, <QLFNPS; No. 13, <QLFNPSTNP; No. 17, <QLFNPSTNPWH; No. 18, <QLFNPSTNPWHSP; No. 20, <QLFGPNVNPWHNP), which were previously found in sake mash, were not found in significant amounts in sake- koji. On the other hand, these peptides accumulated at the early stages of both sake mash fermentation and the enzymatic digests, although the levels in sake mash were higher than those in the digests. The present study demonstrated that the 5 bitter-tasting peptides formed in high concentrations when steamed rice grains were digested under conditions of sake mash fermentation with yeast.

オリゴペプチドやアミノ酸は清酒の品質に大きな影響を及ぼすが、清酒もろみにおける生成については不明な点が多い。苦味ペプチドの生成に関する知見は清酒の品質を制御するのに役立つ可能性があるため、我々は、本研究において清酒もろみ中における米タンパク質に由来する苦味ペプチドの生成過程について検討した。清酒麹あるいは清酒麹から抽出した粗酵素による蒸米消化液及び清酒もろみ中における米の分解産物について解析した。SDS-PAGEの結果から、蒸米を酵素消化した時より清酒もろみの上清には分子量 10,000以上のポリペプチドの蓄積が少なかった。清酒もろみ上清中のペプチド濃度は、発酵初期段階から徐々に増加した。前報で清酒から見出した5種類の苦味ペプチド(No. 9, <QLFNPS; No. 13, <QLFNPSTNP; No. 17, <QLFNPSTNPWH; No. 18, <QLFNPSTNPWHSP; No. 20, <QLFGPNVNPWHN)は、清酒麹中にはほとんど見出せなかった。一方、これらのペプチドは、清酒もろみ及び酵素消化の初期段階から生成したが、濃度は酵素消化時よりも清酒もろみ中の方が高かった。本研究により、酵母による発酵を伴う清酒もろみ中で、蒸米が消化されると5種類の苦味ペプチドが高濃度で生成されることが示された。

掲載雑誌
Journal of Bioscience and Bioengineering 112, 3, 238-246 (2011)

8 Simple method for the simultaneous quantification of medium-chain fatty acids and ethyl hexanoate in alcoholic beverages by gas chromatography-flame ionization detector: Development of a direct injection method GC-FIDを用いたアルコール飲料の中鎖脂肪酸とヘキサン酸エチルの簡易な同時定量方法:直接注入方法の応用

著者
Kei Takahashi and Nami Goto-Yamamoto
髙橋圭、後藤奈美
要約

Free medium-chain fatty acids (MCFAs) can negatively influence the fermentation process and taste quality in alcoholic beverages. Ethyl hexanoate is important in providing a fruit-like flavour to drinks, particularly in Japanese sake. In this study, we developed a direct injection method for a gas chromatography-flame ionization detector following the semi-purification of chemical components, such as esters, alcohols and MCFAs in alcoholic beverages. Evaluation of MCFAs by this method gave a limit of detection on the order of sub-ppm and relative standard deviations less than 10% in standard solution. Good repeatability and recovery rates against MCFAs and ethyl hexanoate were also obtained in non-distilled real alcoholic beverages. Because this method enabled us to simultaneously quantify the concentrations of MCFAs and ethyl hexanoate, the proportion of ester against MCFAs was proposed as a quality control index. This method could be suitable for routine analysis in the alcohol beverage industry.

中鎖脂肪酸は、酒類において醸造プロセスや品質に悪い影響を及ぼします。また、ヘキサン酸エチルはとりわけ清酒に果物用の香りを付与するために重要です。この研究では、酒類のエステル、アルコール、中鎖脂肪酸などの化合物を粗精製し、その後にGC-FIDに直接導入する手法を開発しました。この方法における中鎖脂肪酸の定量値を評価した結果、相対標準偏差(RSD)は10%以下であり、検出限界値(LOD)がサブppmでした。実際の醸造酒を用いて中鎖脂肪酸とヘキサン酸エチルについて良好な再現性と回収率が得られました。この方法を用いると一度の分析で中鎖脂肪酸とヘキサン酸エチルの濃度を同時に定量することができたことから、2つの中鎖脂肪酸に対するエステルの割合を品質管理の指標として提案しました。この方法は、アルコール飲料業界のルーチン分析に適していると考えられます。

掲載雑誌
J Chromatogr. A 1218, 43, 7850-7856 (2011)

9 Accumulation of Co in Yeast Cells under Metabolically Active Condition - Implication for Role of Yeast in Migration of Radioactive Co - 代謝活性のある状態での酵母によるCoの蓄積 -放射性Coの移動における酵母の役割-

著者
Naofumi KOZAI, Toshihiko OHNUKI, Fuminori SAKAMOTO, Yoshinori SUZUKI, Kazuya TANAKA, Haruyuki IEFUJI, and Takuro SAKAI
香西直文、大貫俊彦、坂本文徳、鈴木義規、田中万也、家藤治幸、酒井卓郎
要約

The accumulation and change in the chemical states of Co have been studied to elucidate the role of the yeast Saccharomyces cerevisiae in the migration of radioactive cobalt in the environment. The yeast was grown in a solution containing Co(II) ions, a carbon source, and essential elements (metabolically active condition). For comparison, an adsorption experiment of Co(II) ions on the yeast cells under resting condition without essential elements was performed. Time courses of Co concentration in the solution, in the cells, and chemical states of the accumulated Co were determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES), particle-induced X-ray emission (PIXE), and X-ray absorption fine structure (XAFS) analyses. The time courses of Co concentration in the solution showed that a higher amount of Co was accumulated by the yeast cells under the metabolically active condition than under the resting one. PIXE analyses showed the concurrent accumulation of Fe with Co accumulation under the metabolically active condition, suggesting the intracellular accumulation of Co. XAFS analyses showed that the k3-weighted extended-XAFS functions and the radial structural function of Co accumulated by the yeast cells under the metabolically active condition are similar to those under the resting condition, indicating that the chemical states of the accumulated Co were nearly the same between both conditions. These results indicate that the yeast performs better retardation of the migration of Co under the metabolically active condition than under the resting one.

環境中の放射性コバルトの移動における酵母Saccharomyces cerevisiaeの役割を明らかにするため、コバルトの蓄積と化学状態の変化について実験により検討した。酵母をCo(II)イオン、炭素源、必須元素を含む培地(代謝活性のある状態)で増殖させた。対比実験として、必須元素なしの静止状態における酵母での吸着実験も行った。溶液中や酵母内に蓄積したCo濃度の経時的変化やCoの化学状態は誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP-AES)や粒子励起X線放射(PIXE)、X線吸収微細構造(XAFS)解析により測定した。溶液中のCo濃度の経時変化より、静止状態より代謝活性のある酵母細胞の方がCoの蓄積が高いことが示された。PIXE解析により、代謝活性がある状態でのCoの蓄積がFeの蓄積と協同していて、Coが細胞内に蓄積していることが示唆された。XAFS解析により、代謝活性状態での酵母細胞に蓄積されたCoのEXAFSスペクトラは、静止状態の酵母のものと似ていて、蓄積されたCoは生体分子に吸着していると考えられた。これらの結果は、代謝活性状態の方が、酵母が静止状態よりも、Co移動を遅延させることを示している。

掲載雑誌
Journal of Nuclear Science and Technology, 48, 1206-1213 (2011)

10 Molecular biological researches of Kuro-Koji molds, their classification and safety 黒麴菌の分類と安全性に関する分子生物学的な解析

著者
Osamu Yamada, Ryo Takara, Ryoko Hamada, Risa Hayashi, Masatoshi Tsukahara, and Shigeaki Mikami
山田修、高良良、濱田涼子、林梨咲、塚原正俊、三上重明
要約

To assess the position of Kuro-Koji molds in black Aspergillus, we performed sequence analysis of approximately 2500 nucleotides of partial gene fragments, such as histone 3, on a total of 57 Aspergillus strains, including Aspergillus kawachii NBRC 4308, 12 Kuro-Koji molds isolated from awamori breweries in Japan, Aspergillus niger ATCC 1015, and A. tubingensis ATCC10550. Sequence results showed that all black Aspergillus strains could be classified into 3 types, type N which includes A. niger ATCC 1015, type T which includes A. tubingensis ATCC 10550, and type L which includes A. kawachii NBRC 4308. Phylogenetic analysis showed these three types belong to different clusters. All 12 Kuro-Koji molds isolated from awamori breweries were classified as type L, thus we concluded type L represents the industrial Kuro-Koji molds. We found all type L strains lack the An15g07920 gene which is required for ochratoxin A biosynthesis in black Aspergillus. This sequence is present in the genome of A. niger CBS 513.88 and has homology to the polyketide synthase fragment of A. ochraceus which is involved in ochratoxin A biosynthesis. Based on the industrial importance and the safety of Kuro-Koji molds, we propose to classify the type L strains as Aspergillus luchuensis, as initially reported by Dr. Inui.

黒麴菌の分類について検討するため、ヒストン3遺伝子などの部分配列約2,500塩基をAspergillus kawachii NBRC 4308、醸造現場由来の12黒麴菌株、Aspergillus niger ATCC 1015、A. tubingensis ATCC10550を含む57株について解析した。その結果、A. niger ATCC 1015を含むタイプN、A. tubingensis ATCC 10550を含むタイプT及びA. kawachii NBRC 4308を含むタイプLの3タイプに分類され、系統解析から別々のクラスターを形成した。醸造現場由来の12黒麴菌株は全てタイプLに分類され、この菌群が醸造用黒麴菌株と考えられた。さらに、これらのタイプL黒麴菌株は、ochratoxin A生合成に必要なAn15g07920遺伝子を保持していなかった。この遺伝子は、A. niger CBS 513.88ゲノム中に見いだされたA. ochraceusのochratoxin A生合成に必要なポリケタイドシンターゼ酵素遺伝子と相同性を示した。黒麴菌の産業上の重要性と安全性から、我々は、タイプL黒麴菌株を乾氏が始めて黒麴菌を同定し命名したAspergillus luchuensisとすることを提案する。

掲載雑誌
Journal of Bioscience and Bioengineering, 112, 233-237 (2011)

(2) 公開特許

1 S-アデノシルメチオニン高蓄積酵母の取得方法

出願番号
特願2010-045789(P2010-045789)
出願日
平成22年3月2日
公開番号
特開2011-177125(P2011-177125A)
公開日
平成23年9月15日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所
発明者
家藤治幸、安田伸斗、金井宗良、藤井力
課題

S-アデノシルメチオニン(SAM)の大量生産のため、従来のSAM高生産酵母のスクリーニング系と比べてより実験操作が簡易で、且つ、生産性のより高いSAM高蓄積酵母の取得方法を提供し、それによって得られた酵母を用いたSAMの大量製造方法を提供する。

解決手段

コルディセピンを含有した選択培地を用いて酵母を培養し、生育してくる酵母(コルディセピン耐性株)を選択することにより、SAM高蓄積酵母を効率的に取得する。そして、得られた酵母を用いて所定の培地で培養することで、SAMの大量生産を工業的に行う。

2011/11/1 掲載

1. 第1四半期研究成果情報について

(1) 研究成果

1 Aflatoxin non-productivity of Aspergillus oryzae caused by loss of function in the aflJ gene product 麹菌Aspergillus oryzaeのアフラトキシン非生産性はaflJ遺伝子産物の機能不全による

著者
Takuro Kiyota, Ryoko Hamada, Kazutoshi Sakamoto, Kazuhiro Iwashita, Osamu Yamada, and Shigeaki Mikami
清田拓郎、濱田涼子、坂本和俊、岩下和裕、山田修、三上重明
要約

Aspergillus oryzae, although closely related to Aspergillus flavus, does not produce aflatoxin (AF). A. oryzae RIB strains can be classified into three groups (group 1-3) based on the structure of the AF biosynthesis gene homolog cluster (AFHC). In group 1 strains, where AFHC is present, the expression level of the aflR gene is extremely low and there is no expression of the other four AF homologue genes (avnA, verB, omtA and vbs). We conducted a detailed structural comparison of AFLR ORF and AFLJ ORF from A. oryzae and A. flavus and identified several amino-acid substitutions. If these substitutions induce inactivation of AFLR and AFLJ, AF biosynthesis of A. oryzae will be doubly inhibited at the transcriptional and translational level. In this study, we transferred aflR and aflJ to A. oryzae RIB67, a group 2 strain where more than half of AFHC is missing. Under control of the pgkA promoter, aflR and aflJ was expressed and avnA, verB, omtA and vbs gene expression were monitored by RT-PCR. We prepared six types of forced-expression vectors, including aflR (from A. oryzae RIB40 or its three mutants) or aflJ (from A. oryzae RIB40 or A. flavus RIB4011). RT-PCR analysis showed that transformants containing aflJ from A. oryzae displayed no expression of AF biosynthetic homologue genes, whereas aflR substitutions had no such effect. These results strongly suggest that the amino-acid substitutions in AFLJ of A. oryzae induce inactivation at the protein level.

麹菌Aspergillus oryzaeは、A. flavusと近縁種であるがアフラトキシン(AF)非生産性である。麹菌RIB株はAF生合成遺伝子ホモログクラスタ(AFHC)の構造から3グループに分類される。グループ1株は、AFHCを保持するが、転写因子aflRの発現が極端に低下しておりAFHC内遺伝子の発現も検出されない。詳細な解析から、麹菌とA. flavusではAFLR及びAFLJ ORF内にいくつかのアミノ酸置換を見いだされた。これらの置換により両タンパク質の機能に欠失があれば、麹菌のAF非生産性は転写レベルとタンパク質レベルで2重に保証される。我々は、pgkAプロモーター支配下でaflR及びaflJ遺伝子をグループ2に属するRIB 67株で強制発現させたところ、麹菌由来aflJを導入した形質転換体では、AFHC内遺伝子の発現が検出されなかった。このことは、麹菌のAFLJタンパク質が機能不全であることを強く示唆する。

掲載雑誌
Journal of Bioscience and Bioengineering, 111, 512-517 (2011)

2 In silico Analysis of 3'-End-Processing Signals in Aspergillus oryzae Using Expressed Sequence Tags and Genomic Sequencing Data ESTとゲノム配列データを利用したAspergillus oryzaeの3'末端プロセッシングシグナルのin silico解析

著者
MIZUKI Tanaka, YOSHIFUMI Sakai, OSAMU Yamada, TAKAHIRO Shintani, and KATSUYA Gomi
田中瑞己、酒井義文、山田修、新谷尚弘、五味勝也
要約

To investigate 3'-end-processing signals in Aspergillus oryzae, we created a nucleotide sequence data set of the 3'-untranslated region (3'UTR) plus 100 nucleotides (nt) sequence downstream of the poly(A) site using A. oryzae expressed sequence tags and genomic sequencing data. This data set comprised 1065 sequences derived from 1042 unique genes. The average 3'UTR length in A. oryzae was 241 nt, which is greater than that in yeast but similar to that in plants. The 3'UTR and 100 nt sequence downstream of the poly(A) site is notably U-rich, while the region located 15-30 nt upstream of the poly(A) site is markedly A-rich. The most frequently found hexanucleotide in this A-rich region is AAUGAA, although this sequence accounts for only 6% of all transcripts. These data suggested that A. oryzae has no highly conserved sequence element equivalent to AAUAAA, a mammalian polyadenylation signal. We identified that putative 3'-end-processing signals in A. oryzae, while less well conserved than those in mammals, comprised four sequence elements: the furthest upstream U-rich element, A-rich sequence, cleavage site, and downstream U-rich element flanking the cleavage site. Although these putative 3'-end-processing signals are similar to those in yeast and plants, some notable differences exist between them.

麹菌Aspergillus oryzaeの3'末端プロセッシングシグナルを解析するため3'UTRと続く100塩基のデータセットをEST及びゲノム配列から1042のユニークな配列を含む1065作製した。3'UTRの平均庁は241塩基であり、酵母より長く植物と同等であった。3'UTRと続く100塩基はU-richであり、poly(A)付加位置より上流15-30塩基はA-richであった。このA-rich領域でもっとも多い配列はAAUGAAであり、全体の6%をしめた。このことは、麹菌はほ乳類のAAUAAAのような保存されたpoly(A)付加シグナルを有していないことを示唆した。麹菌の3'末端プロセッシングシグナルは上流のU-richエレメント、A-rich配列、切断部位、下流のU-richエレメントからなると推定された。このシグナルは、酵母や植物のものと似ているが、相違もみられる。

掲載雑誌
DNA RESEARCH, 18, 189-200 (2011)

3 Different enantioselectivity of two types of poly(lactic acid) depolymerases toward poly(L-lactic acid) and poly(D-lactic acid) ポリL乳酸、ポリD乳酸に対する2つのタイプのポリ乳酸分解酵素の異なるエナンチオ選択性

著者
Fusako Kawai, Kosuke Nakadai, Emiko Nishioka, Hajime Nakajima, Hitomi Ohara, Kazuo Masaki, Haruyuki Iefuji
河合富佐子、中台航介、西岡笑美子、中嶋元、小原仁実、正木和夫、家藤治幸
要約

Poly(lactic acid) (PLA) depolymerases are categorized into protease-type and lipase-type. Protease-types can hydrolyze poly(L-lactic acid) (PLLA) but not poly(D-lactic acid) (PDLA). Lipase-types, including cutinase-like enzyme (CLE) from Cryptococcus sp. strain S-2 preferentially hydrolyze PDLA. Both enzymes degraded not only PLA emulsion but also PLA film, in which amorphous region is preferentially attacked, but crystalline region can be also attacked. Stereocomplex PLA (sc-PLA) formed by 50:50 blending of PLLA and PDLA included no homo crystals, but a tiny homo crystallization peak appeared and crystallinity increased by 5% when attacked by CLE, although no significant change of molecular weight and crystalline size was found. Enantioselective degradation must occur in amorphous region of PLLA/PDLA film and preferentially hydrolyzed PDLA, resulting in a slightly excess amount of PLLA remained, which must be crystallized.

ポリ乳酸分解酵素はプロテアーゼタイプとリパーゼタイプに分けられる。プロテアーゼタイプはポリL乳酸(PLLA)を分解できるが、ポリD乳酸(PDLA)は分解できない。クリプトコッカスsp. S-2が生産するクチナーゼ様酵素(CLE)を含むリパーゼタイプはPDLAをより好んで分解する。どちらのタイプの酵素もPLAエマルジョンだけでなくPLAフィルムも分解し、結晶領域にもアタックできるが、アモルファス領域により好んでアタックする。PLLAとPDLAを50:50でブレンドしたステレオコンプレックスポリ乳酸はホモ結晶領域を持たないが、CLEを作用させると、分子量や結晶サイズの変化は見られなかったが小さなホモ結晶のピークが見られ、結晶化度が5%高くなった。選択的な分解がPLLA/PDLAフィルムのアモルファス領域で起こり、PDLAが選択的に分解された結果、わずかに過剰のPLLAが結晶化したものと予測された。

掲載雑誌
Polym. Degrad. Stab. 96 (2011) 1342-1348

4 Calcineurin ensures a link between the DNA replication checkpoint and microtubule-dependent polarized growth カルシニューリンがDNA複製と微小管依存的な極性成長との関係性を保証する

著者
Kazunori Kume, Takayuki Koyano, Muneyoshi Kanai, Takashi Toda and Dai Hirata
久米一規、古家野孝行、金井宗良、登田隆、平田大
要約

Microtubules are central to eukaryotic cell morphogenesis. Microtubule plus-end tracking proteins (CTIPs) transport polarity factors to the cell cortex, thereby playing a key role in both microtubule dynamics and cell polarity. However, the signaling pathway linking CTIPs to cell polarity control remains elusive. Here we show that the fission yeast checkpoint kinase Cds1 (Chk2 homologue) delays the transition of growth polarity from monopolar to bipolar (termed NETO; new-end take-off). The CTIPs CLIP170 homologue Tip1 and kinesin Tea2 are responsible for this delay, which is accompanied by a reduction in microtubule dynamics at the cell tip. Remarkably, microtubule stabilization occurs asymmetrically, prominently at the non-growing cell end, which induces abnormal accumulation of the polarity factor Tea1. Importantly, NETO delay requires activation of calcineurin, which is carried out by Cds1, resulting in Tip1 dephosphorylation. Thus, our study establishes a critical link between calcineurin and checkpoint-dependent cell morphogenesis.

癌細胞では、異常な増殖とともにその形も異常になることが知られているが、その詳細は不明である。癌細胞の増殖異常の一要因として、チェックポイント機構の欠損があげられる。チェックポイント機構は、DNA(染色体)複製に異常が生じた場合、自身の増殖を停止させる、生命維持に必須な機構である。今回、ヒトのモデル細胞である酵母を使って、DNA 複製停止に応答するチェックポイント機構と形態形成をつなぐ分子経路を発見した。具体的には、DNA 複製が停止した場合、チェックポイント経路のCds1(Chk2)が、カルシニューリンを活性化し、さらに、カルシニューリンが、Tip1(CLIP170)を修飾(脱リン酸化)することにより、細胞形態(細胞極性)を制御することを見いだした。カルシニューリンは、カルシウムにより活性化されるカルシウム情報伝達分子で、臓器移植の際に使用される免疫抑制剤の標的分子でもある。今回の結果は、チェックポイント機構が細胞の増殖と形態の両方を制御すること、また、カルシニューリンがDNA 複製と細胞形態をつなぐ重要な役割を持つことを示すことから、癌細胞の異常な形を理解するためのヒントとなり、また、癌治療薬などの開発への応用が期待できる。

掲載雑誌
Nat. Cell Biol., 13(3), 234-42, (2011)

5 Purification and Characterization of porcine skeletal muscle aminopeptidase T, a novel metallopeptidase homologous to Leukotriene A4 hydrolase 豚骨格筋中から、ロイコトルエン A4 ハイドロラーゼホモログである新規金属アミノペプチダーゼ T の精製と性質決定

著者
Mohammed Alamgir SARKER, Shinji MATSUDA, Osamu MIZUTANI, Shengbin RAO, Koshiro MIGITA, Nami GOTO-YAMAMOTO, Haruyuki IEFUJI, Toshihide NISHIMURA
Mohammed Alamgir SARKER, 松田伸二, 水谷治, 饒聖分, 右田光史郎, 後藤(山本)奈美, 家藤治幸, 西村俊英
要約

A novel aminopeptidase, Aminopeptidase T (APase T), was purified from porcine skeletal muscle following successive column chromatography: twice on DEAE-cellulose, hydroxyapatite, and Sephacryl S-200 HR using Leu-β-naphthylamide (LeuNap) as a substrate. The molecular mass of the enzyme was 69 kDa on SDS-PAGE. The optimum pH towards LeuNap of the enzyme was about 7. The enzyme activity was strongly inhibited by bestatin and was negatively affected by ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA). Chlorine-activated APase T liberated Leu, Ala, Met, Pro, and Arg from Nap derivatives. The APase T gene consisted of an ORF of 1,836 bp encoding a protein of 611 amino acid residues. The APase T was highly homologous to bovine, human, and mouse Leukotriene A(4) hydrolase (LTA(4)H), a bifunctional enzyme which exhibits APase and epoxide hydrolase activity.

豚骨格筋中より DEAE-cellulose, Hydroxyapatite, Sephacryl S-200 カラムを用いて Leu-Nap を基質として新規アミノペプチダーゼT (APase T) を精製した。APase T は、SDS-PAGE から 69 kDa の分子量で、指摘 pH は 7 であった。APase T はベスタチンによって阻害され、 塩化物イオンによって活性化された。APase T は、Leu, Ala, Met, Pro や Arg を Nap から遊離させる活性を有していた。APase T 遺伝子は、1,836 bp の ORF を有し、611 アミノ酸残基をコードしていた。APase T は、牛、ヒト、マウスなどのアミノペプチダーゼ活性とエポキシド加水分解活性の両活性を有する Leukotriene A(4) hydrolase (LTA(4)H) に高いホモロジーがあった。

掲載雑誌
Biosci. Biotechnol. Biochem., 2011 Jun 23;75(6):1154-1159

6 Isolation and characterization of glucoamylase from a wastewater treatment yeast Hansenula fabianii J640, and construction of expression vector. 排水処理用酵母Hansenula fabianii J640 の生産するグルコアミラーゼの精製と解析、そしてそのグルコアミラーゼ遺伝子のプロモーターとターミネーター部位を利用した発現ベクターの構築

著者
Miyoshi Kato, Teruhito Kitajima, Haruyuki Iefuji
加藤美好、北島輝人、家藤治幸
要約

Hansenula fabianii J640 highly expresses an extracellular glucoamylase (GA). Here, we purified the GA and showed that it has pH and temperature optima of 5.0 and 50 ℃, is stable at temperatures up to 50 ℃, is inhibited by Ag2+, Hg2+ and Cu2+. The gene was found in an expression library with anti-GA antibodies. A cDNA was found to encode 491 amino acids, including a putative signal peptide of 21 amino acids. Because of the gene's high expression, we used its promoter and terminator regions to improve a previously developed H. fabianii J640 expression system.

Hansenula fabianii J640 は菌体外に多量のグルコアミラーゼを分泌する。私たちはこのグルコアミラーゼを精製し、諸性質を調査した。この酵素の至適pHは5.0、至適温度は50℃であり、50℃まで活性は安定していた。銀イオン、水銀イオン、銅イオン等が活性を阻害した。次にグルコアミラーゼ遺伝子をクローンし、そのcDNAの配列より491(分子量52,572)アミノ酸よりなり、シグナルペプチドは21アミノ酸残基と推定された。ものと推定された。私たちは既にH. fabianii J640の宿主ベクター系を開発している。遺伝子の高発現のため、グルコアミラーゼ遺伝子のプロモーターとターミネーター領域を利用した発現ベクターの構築も行った。

掲載雑誌
Appl. Microbiol. Biotech. 90, 981-987 (2011)

7 Breeding of a new wastewater treatment yeast by genetic engineering 遺伝子操作技術による新たな食品排水処理用酵母の開発とその利用

著者
Miyoshi Kato and Haruyuki Iefuji
加藤美好、家藤治幸
要約

We previously developed a host vector system for the wastewater treatment yeast Hansenula fabianii J640. The promoter and terminator regions of the gene encoding glucoamylase from H. fabianii J640 were used for a new expression vector, pHFGE-1. The performance of pHFGE-1 was compared with that of the widely used pG-1 transformant vector. H. fabianii J640 (HF-TAMY) cells were transformed with pHFGE-1, and Saccharomyces cerevisiae YPH-499 (SC-TAMY) cells were transformed with pG-1, both of which carried the Taka-amylase. Expression of Taka-amylase by HF-TAMY showed higher than that by SC-TAMY. By using this new system, we bred the new wastewater treatment yeast that shows α-amylase activity. This yeast appears to grow well under experimental wastewater conditions, and is effective in treating model wastewater containing soluble and insoluble starch.

私たちは以前、排水処理用酵母 Hansenula fabianii J640 の宿主ベクター系を開発した。H. fabianii J640 のグルコアミラーゼをコードする遺伝子のプロモーターとターミネーター部位を、新たな発現ベクター pHFGE-1 のために利用した。pHFGE-1のパフォーマンスを、実験室で広く持ちいられている pG-1 形質転換ベクターと比較した。Taka-amylase を接続した pHFGE-1 と pG-1 を、それぞれ H. fabianii J640、Saccharomyces cerevisiae YPH-499 に形質転換した(それぞれの形質転換株をHF-TAMY、SC-TAMYと呼ぶ)。HF-TAMYによるTaka-amylaseの発現は、SC-TAMYによる発現よりも高かった。この新たなシステムを使用することにより、私たちはα-アミラーゼ活性を持つ新たな排水処理用酵母を育種した。この酵母は、可溶性、不溶性デンプンを含むモデル排水の処理において、良好な処理能力を示した。

掲載雑誌
AMB Express. 1: 7 (2011)

2011/8/4 掲載