乳酸菌が作るプレバイオティクス・菌体外多糖を食べる細菌 ― 多分岐デキストランを細かく分解してグルコースにする酵素の発見 ―
乳酸菌が作るプレバイオティクス・菌体外多糖を食べる細菌
― 多分岐デキストランを細かく分解してグルコースにする酵素の発見 ―
静岡大学グリーン科学技術研究所／農学部の宮崎剛亜准教授の研究グループは、山梨大学大学院総合研究部生命環境学域の舟根和美教授、東京農工大学大学院農学研究院の殿塚隆史教授との共同研究で、乳酸菌が産生する菌体外多糖を分解する酵素の遺伝子を土壌細菌のゲノム情報から発見し、酵素が多糖を分解してエネルギー源となるグルコースに変換する仕組みを明らかにしました。
【研究のポイント】
- 土壌細菌Flavobacterium johnsoniae（フラボバクテリウム・ジョンソニエ）のゲノムから、乳酸菌の菌体外多糖を分解するための酵素の遺伝子を見出しました。
- X線結晶構造解析によって、酵素が菌体外多糖を分解する仕組みを原子・分子レベルで明らかにしました。
- 複数の酵素と糖結合タンパク質が協同して乳酸菌の菌体外多糖を分解し、最終的にグルコースにして取り込むことによってエネルギー源とする一連の仕組みを明らかにしました。
細菌は分解者として他の生物がつくるさまざまな有機物を分解してエネルギー源を得ており、特に糖質を分解する酵素の種類は膨大であります。生息環境に応じて糖質を分解する酵素を有しており、特に腸内細菌などにおいては、動物や植物がつくるオリゴ糖(*1)や多糖(*2)を酵素によって分解してエネルギー源とする仕組みを明らかにした研究が近年増加しています。一方で、細菌はさまざまな種類の菌体外多糖(*3)をつくりますが、他の細菌がそれを分解して利用するといった報告はほとんどありませんでした。本研究では、乳酸菌の一種であるLeuconostoc citreum (ロイコノストック・シトレウム) (*4)がつくる菌体外多糖である多分岐デキストランを分解するための酵素を、土壌細菌であるFlavobacterium johnsoniae（フラボバクテリウム・ジョンソニエ）(*5)から発見しました。分解には複数の酵素がかかわっており、その鍵となる酵素が多分岐デキストランを認識して分解する機構をX線結晶構造解析(*6)によって明らかにしました。フラボバクテリウム・ジョンソニエは、菌体外で多分岐デキストランをオリゴ糖に分解して取り込み、さらに単糖のグルコース（ブドウ糖）までに分解する仕組みを持っていることが分かりました。
本研究で見出された酵素の遺伝子は、土壌細菌のみならず一部の腸内細菌にも存在していることが明らかになりました。Leuconostoc属細菌の菌体外多糖はプレバイオティクス(*7)効果があることが報告されており、今後、その分子機構の解明につながると期待されます。
なお、本研究成果は、2023年6月1日に、米国生化学・分子生物学会の発行する国際雑誌「Journal of Biological Chemistry」にオンライン掲載されました。
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