2024年7⽉3⽇ 松ヶ崎

京都⾼等蚕⽷学校・京都繊維専⾨学校 校⻑

村松 舜祐 先⽣
酵⺟のストレス耐性機構の解明とその応⽤

応⽤⽣物学系・微⽣物⼯学研究室

井沢 真吾

村松舜祐校⻑先⽣ 御略歴

応⽤微⽣物分野における⼯繊⼤の功績

明治14年 1881年4⽉ 静岡県浜松⽣まれ
1905年
東京帝国⼤学農芸化学科卒
1906年
静岡県⽴農学校教諭に赴任
1909年
盛岡⾼等農林学校（現岩⼿⼤学農学部）教授に転任
1912年
納⾖菌と納⾖製造法について発表
1915年
イェール⼤学に2年間留学
宮沢 賢治
1924年
博⼠号取得
1926年
叙位
1929年
⽇本学術協会第五回⼤会にて「納⾖に関する知⾒」を発表
1932年3⽉ 京都⾼等蚕⽷学校に校⻑として転任
1937年「最新 納⾖製造法」を著す
1942年
叙勲⼆等
1944年
繊維学科を加え「京都繊維専⾨学校」校⻑
1945年11⽉ 退官、正三位勲⼆等瑞宝章を受ける
1946年
京都繊維専⾨学校名誉教授
晩年は⽣地である浜松で暮らす
1965年
5⽉逝去、享年84歳

現在も受け継がれる村松校⻑の納⾖菌『村松博⼠の流れを汲み伝統を尊び最も品質を重んじる⽇本⼀の納⾖菌』

酵⺟ Yeast
⼈類にとって最も有⽤な微⽣物のひとつ

株式会社

成瀬発酵化学研究所〒176-0001

東京都練⾺区練⾺2-18-7

京都蚕⽷講習所所⻑

出芽酵⺟ Saccharomyces cerevisiae

⽯渡 繁胤 先⽣

Bacillus thuringiensis

Bt Cropsへと発展
Weining and Liu 2021 Mol Food Microbiol

ラテン語のSaccharum(糖)とギリシャ語のmyces(菌)、ラテン語のCerevisia(ビール)に由来している

出芽酵⺟ Saccharomyces cerevisiae
細胞/個体/集団レベル
エピジェネティクス
ゲノム 染⾊体神経 光合成
発⽣分化
獲得免疫

増殖 休眠
代謝 遺伝学

不均等分裂

細胞内トラフィック
遺伝⼦発現制御

プロテオスタシス

⽼化 寿命
ストレス応答

細胞周期

オートファジー成⻑ がん

酵⺟によるアルコール発酵
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ATP

グルコース

エチルアルコール

⼆酸化炭素

エネルギー

エチルアルコールはお酒に、⼆酸化炭素はパンの膨張に利⽤される適応 変異 進化
細胞間相互作⽤

共存共⽣ SDGs

真核細胞の優れたモデル⽣物だけではない

酵⺟エキス

アサヒグループ⾷品株式会社HPより

2016 The Nobel Prize in Physiology or Medicine

Discoveries of mechanisms for autophagy

⾷品分野・ペットフード分野
バイオ分野・化粧品分野
興⼈ライフサイイエンス株式会社HPより

⽇本の酵⺟産業の規模 約9兆円

テーマ①

エタノールストレス対処能の解明
なぜ酵⺟はエタノールを作り続けられるのか︖

Louis Pasteur (1822–1895)
世界中の書物よりもワインボトルの中により深い哲学がある
Il y a plus de philosophie dans une bouteille de vin que dans tous les livres

アルコール発酵 と エタノール耐性
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP

他の菌を駆逐 (⾷糧・領⼟の独占)

解糖系・アルコール発酵反応

毒物のエタノールを解毒・分解しない

⼯繊⼤における酵⺟の基礎・応⽤研究

キーワード：ストレスレジリエンス・醸造技術・バイオ燃料(詳細な代謝・反応機構の解明)

Crabtree効果・グルコース抑制(強⼒な解糖系で時間当たりのATP⽣産量を優先)(グルコースがあればエタノール産⽣を継続)

⾼濃度エタノールの産⽣を実現(ワイン・清酒では13〜20% v/vまで上昇)

なぜエタノールに耐性なのか？
メカニズムは依然として謎

酵⺟にとってのエタノールストレス

⾼濃度エタノールは酵⺟の翻訳活性を持続的に抑制する

両親媒性のため脂質にもタンパク質にも作⽤しうる

実験室条件

発酵過程

好気的培養・25–30˚C

嫌気的 静置・⾼糖度・さまざまな温度(acute stress)(creeping stress)

いきなりストレス
いきなりストレス
外因性ストレス・毒物
外因性ストレス・毒物(exogenous・toxic)

じわじわストレス
じわじわストレス
⾃⼰代謝産物
⾃⼰代謝産物(endogenous metabolite)⻑期間⻑期間(prolonged exposure)

The Proteostasis Network (PN) 細胞内のタンパク質恒常性

速やかに且つ持続的に新規のタンパク質合成がブロックされる

⾮翻訳状態のmRNAは細胞質mRNP granulesに隔離される

Synthesis
Severe EtOH stressP-body翻訳抑制

Stress granule

Degradation

Folding/misfoldingSevere ethanol stress affects the Proteostasis Network

Severe ethanol stress disturbs the Proteostasis NetworkSynthesis

Synthesis

Stop

Stop

Degradation

Folding・Misfolding

Stop
Degradation

Folding・Misfolding

エタノールによる変性タンパク質の蓄積とプロテアソーム活性の阻害

19S RP

Mitochondria
Rpn7 (Lid)
Rpn1(Base)

酵⺟のエタノールに対するレジリエンス

20S CP

Pre6 (a ring)
Pre1 (b ring)

レジリエンス (resilience) : 回復⼒、復元⼒、耐久⼒19S RP

Cytoplasm

Stop

酵⺟のストレス⽣存戦略

翻訳開始とスキャニング
スキャニング

40S

AUG

60S
40S

CAP

Stop

w/o stress

10% EtOH

スーパーアグリゲーターDed1の凝集・解離による

40S

・Housekeeping mRNAの翻訳を断念

40S

スキャニングに際して⼆次構造（ステム・ループ構造）をほどくRNA helicaseが必要・限られた翻訳関連因⼦をstress mRNAに集中化

翻訳プログラムの最適化
九⼤・理研HPより

翻訳開始前段階：ストレス応答におけるRNA helicaseの使い分け

w/o stress

Bi-chaperone system (BCS) による脱凝集・リフォールディング

10% EtOH

Ded1の解離・凝集を誘導
Hsp104

Hsp70

Ydj1

Fes1

Disaggregase

Molecularchaperone

Co-chaperone

NEFエタノールによる変性Ded1はBCSを介して再⽣・分解

⾼濃度エタノールストレス下でのプロテオスタシス
作る

品質管理
native proteins

壊すUb

Ub
Ub

m7Gppp

AAAAAnv

Ub

Ub

denatured proteins

polysomeUb

Ubaggregated proteins

Ded1とBCSはエタノール耐性獲得の鍵因⼦

抑制

変性・凝集抑制

適応・耐性向上

適応・耐性向上

適応・耐性向上Ando et al., 2023

Yoshida et al., 2021

Nguyet et al., 2022

テーマ②

バイオエタノールの⾼効率製造
バイオ燃料の低価格化・普及を⽬指して・変性タンパク質の再⽣・分解の促進
・プロテアソーム活性の回復
・細胞の強靭化バイオエタノール研究が再燃

リボソーム上のバニリン作⽤点

東京⼤学 ⼤⽮禎⼀教授との共同研究

次世代グリーンCO2燃料技術研究組合 (2022年7⽉設⽴)

バニリンのタンパク質合成阻害 (翻訳阻害) 効果

草本系バイオマスからのバイオ燃料の製造
通常条件下
Ricestraw
Rice straw

糖化処理

Sugarcane bagasse

酸処理
加圧熱⽔

Corncob

グルコース

Sugarcane bagasseリグノセルロース系
バイオマスmRNA
酵⺟

リボソーム（翻訳装置）
バニリン存在下Furfural
酢酸
HMF

タンパク質合成 ◯アルコール発酵 ◯AUG

キシロース

副⽣成物

翻訳伸⻑

アルコール発酵

バニリン

タンパク質合成 ❌

Vanillin
発酵阻害物質

バニリンなどの発酵阻害物質は酵⺟の⽣育・エタノール⽣成を阻害❌

AUG

アルコール発酵 ❌

Iwaki et al., Appl. Environ. Microbiol., 2013

バイオ燃料の低価格化・普及を⽬指して発酵阻害物質存在下でも優先的に翻訳されるmRNAの同定

ADH7 BDH2 VFH1 etc.
バイオエタノール⾼効率産⽣株の育種に活⽤⼤気圧低温プラズマによる発酵阻害物質の分解

Air Pollution, 2012https://kityeast.wixsite.com/kit-yeast-grouphttps://www.facebook.com/p/KIT-yeast-group-100077735828459/