アスペルギルス属糸状菌：国民的 fungal group
萩原
糸状菌研究を牽引する Aspergillus 属菌

大祐

nutritive medium contains more than 0.5 % of this acid.とコウジ酸の抗バクテリア活性を報告している 5)．つま糸状菌はあらゆる環境中に存在し，多様な種からなる微り，フレミングによるペニシリンの発見より 16 年も前生物の一群である．その種数は 220 万種以上と推定され，に，抗生物質を発見していたことになる．しかし，コウ既知種は 12 万種近く存在する 1)．その中において，339ジ酸は抗生物質として 再発見

種が含まれる Aspergillus 属は，工業，農業，医療と，あらロシナーゼ阻害活性が発見される 1970 年代まで本物質ゆる分野で重要な役割を果たす菌群である ．とりわけ，が脚光を浴びることはなかった．

「国菌」として認定されている麴菌（Aspergillus oryzae,Aspergillus sojae, Aspergillus luchuensis）は，清酒や焼Aspergillus sojae
A.
醤油や味噌の製造に用いられ，oryzae と同じ黄麴菌であるが，大豆のタンパク質を分酎，味噌，醤油の製造に用いられることから，日本人に解する能力が高い特徴を有する．したがって，プロテアーとっては，非常に身近な糸状菌と言えるだろう．麴菌のゼ高生産の株が優良として育種，選抜されてきた．また，ルーツについては，本連載の過去の著述に詳しいので参醤油醸造の過程で，うま味成分となるグルタミン酸の生考にされたい 3)．ここで強調したいのは，1,000 年以上成に関わる分子実体が不明であったが，関与するグルタも長い年月にわたり，発酵産業の発展を支えてきた麴菌

ミナーゼがキッコーマンの伊藤らによって，近年明らかは，微生物研究の歴史の上で，もっとも古い研究対象のにされている 6)．

2)一つに挙げることができる．そしてこの麴菌を筆頭に，Aspergillus luchuensis

されることはなく，チ焼酎，泡盛醸造に使用され歴史的に見て我々の生活に大きな影響を及ぼした多数のる黒麴菌であり，1901 年に乾環博士が報告している 7)．当糸状菌種が Aspergillus 属に含まれており，本属が糸状菌時，泡盛醸造で使用されていた本菌は，1910 年頃に焼研究を牽引してきたと言える．本稿では，本属の代表的酎製造にも使用されるようになった．その後，白色変異をなメンバーを選抜し，微生物研究の発展に Aspergillus 属有した白麴菌 Aspergillus luchuensis mut. kawachii が取

糸状菌が果たしてきた歴史を辿り，今後どのような活躍得され，1950 年頃より焼酎醸造に用いられてきた．本が期待できるのか紹介したい（図 1）．

菌は醸造中にクエン酸を高生産し，醪中の pH を下げる

Aspergillus oryzae

清酒醸造や醤油，味噌造りなど，ことで温暖な地域でも雑菌の増殖を防いで安全に泡盛・古くから日本人にとって馴染みの産業微生物であった焼酎を製造することが可能である．この特性は醸造微生

A. oryzae は，微生物を利用したモノづくりの元祖としての功績も特筆すべき点である．1894 年に高峰譲吉博士が，A. oryzae 由来のデンプン分解酵素「タカヂアスター物としてきわめて重要であり，そのメカニズムの解明にゼ」に関連する特許をアメリカで申請し，取得した．翌

重要な fungal group である．

年，胃腸消化薬として米国で販売が開始され，これが世向けた研究が精力的に進められている．
以上の三種の麴菌は，我が国の醸造産業を支えてきた

Aspergillus niger

クロカビと称される本菌はクエ界で初めての酵素による薬となった．デンプン分解酵素

ン酸発酵生産に使用され，やはり長い歴史を持つ産業微が薬になるという慧眼もさることながら，麴菌がこのよ生物である．現在でも，クエン酸は発酵により大量に生うな有用物質を 生産することに気付き，その製造法産されているが，A. niger によるクエン酸発酵法が初めてを樹立したことは，エポックメイキングな出来事である．

世に出たのは 1917 年と，100 年以上の時を遡る 8)．この

美白成分として化粧品に配合されているコウジ酸は，発見を機に，米国ファイザー社がクエン酸発酵生産の量A. oryzae により産生される化合物で，20 世紀初頭に麴菌産体制を確立し，販売にこぎつけている．元々は，レモの蒸米培養から発見されている ．興味深いことに，こンなどの柑橘類から抽出により製造されていたが，第一の物質の化学構造を決定した薮田貞治郎博士は，1912次世界大戦という時代的な背景による原料不足から，ク年に the bacterial growth is generally stopped, when the

エン酸生産の代替法が求められ研究されていた．「微生4)

著者紹介

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筑波大学生命環境系（准教授），筑波大学微生物サステイナビリティ研究センター

E-mail: hagiwara.daisuke.gb@u.tsukuba.ac.jp

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図 1．主な Aspergillus 属菌のコロニーと分生子頭（写真ご提供：千葉大学真菌医学研究センター 矢口貴志博士）※学会 HP の PDF ではカラーで表示されます．

物に求めて裏切られたことはない」とは坂口謹一郎先生

本菌を対象に展開され，多くの知見がもたらされた．1983の言であるが，まさにこの言葉を体現するがごとく，A.

年には，アカパンカビ（Neurospora crassa：古典遺伝学niger がクエン酸の大量生産菌として見いだされてきた．の元祖）に続き糸状菌では 2 例目となる，形質転換法がまた，クエン酸発酵生産で培われたタンク培養による発確立され，報告された 11)．産業上重要な菌種が属する

酵技術は，後のペニシリンの生産工程の確立においてもを整備できたことにより，「奇跡の薬」ペニシリンが第Aspergillus 属において，遺伝子研究のツールがいち早くA. nidulansは一躍，糸状菌研究のスター整ったことから，ダムに躍り出た．これを機に多くの研究者が A. nidulans

二次世界大戦の負傷兵の命をあまた救ったと記録が残っのもとに集まり，糸状菌研究の 遺伝子時代ている．

けた．

大変重要な意味を持った．迅速にペニシリンの量産体制

Aspergillus terreus

本菌はさまざまな環境に生息す

Aspergillus flavus

が幕を開

強力な発がん性を示すカビ毒アるが，やはり発酵生産菌としてよく知られ研究されてきフラトキシンを産生する．1960 年に，飼料のアフラトた．1939 年の Calam らの論文で，イタコン酸を著量生産

キシン汚染により引き起こされた英国の「七面鳥 X 病」することが示され，研究の表舞台に登場した ．イタコを契機として，カビによる毒産生とその社会的影響の大ン酸は，多様な化合物の中間体として利用されるジカルきさが認識されるようになった 12)．アフラトキシン産生ボン酸であり，現在でも本菌の発酵生産による供給がなに関して研究が進むと，本菌のすべての菌株がこのカビされている．また，A. terreus は，世界初のスタチン薬とな毒を産生可能なわけではないとわかってきた．特に，熱．スタチ帯，亜熱帯の土壌には産生菌が多く潜んでいるが，温帯ン類は，1973 年に三共（現，第一三共）の研究員であっである日本にはそれほど多く存在しないことが知られてた遠藤章博士により，コレステロール合成阻害剤として，いる 13)．この非産生菌を利用したバイオコントロールにカビ培養液中から発見された．初期における A. terreus のよる制御法が，アフラトキシン汚染の防除法として開発

ロバスタチン生合成経路の研究は，その後の構造多様なされており，一部では効果を挙げている 14)．

9)るロバスタチンの生産菌としても有名である

10)

スタチン薬の開発に貢献した．

分子系統学的に見ると，A. flavus は A. oryzae と非常古くから有性世代が見つかっに近縁である．そのため，我が国の醸造製品におけるアていたことから，表現形質の遺伝を解析する古典遺伝学フラトキシン汚染が懸念されたが，A. oryzae にはアフラの研究対象として利用されてきた．そのため，糸状菌の遺トキシン産生能がないことが遺伝子レベルで示され，安伝子研究のモデル生物として，現在まで重要な地位を占全性の議論には決着がついている（後述）．

Aspergillus nidulans

めている．特に遺伝子研究の黎明期には，糸状菌の胞子（分Aspergillus fumigatus

致死率の高い肺真菌症（ア生子と呼ばれる無性胞子）の形成過程に関与する遺伝子スペルギルス症）を引き起こす．免疫不全や免疫抑制治の同定や，代謝機構の解析，遺伝子発現制御機構の解析が，療中の患者は感染しやすいが，健常人で罹患することは生物工学

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ほとんどなく，日和見感染菌とみなされる．潜在的に世当然ながら，全ゲノム配列決定はさまざまな新しい知界で 400 万人の患者がいると推定され，その数は年々増見や，過去の観察との整合をもたらした．たとえば，こ加傾向にある．治療に使用される抗真菌薬は限られておれまで有性生殖を行わない不完全菌と考えられていた A.

り，主力のアゾール系薬剤は，類縁骨格をもつ抗菌剤が．本菌はoryzae のゲノム上に，有性生殖に必要な接合型決定領域（MAT 領域）が見つかった．この発見により，A. oryzae が土壌やコンポストに多く潜んでおり，低濃度の残留農薬有性生殖を起こす可能性が考えられ，将来的に，掛け合に暴露される可能性があるため，環境中で A. fumigatus

わせによる新たな育種法の確立が期待されている．同様のアゾール薬耐性株が発生しやすいと考えられている．にゲノム配列から MAT 領域が見いだされた A. fumigatus

ひとたび発生した耐性株は，モノの移動に乗じて世界各では，その後の研究により実験室的な有性生殖が達成さ地に広まっていく．植物球根などの輸出入を介して，容れている 20)．また，A. oryzae がいかなる培養条件でもア農業や木材保護にも世界的に多用されている

易に国境を越えていることも報告されている

15)

．

16)

フラトキシンを産生しないという実験データに対して，病原菌としての重要性からか，21 世紀に入ると本菌ゲノム配列決定はその裏付けをもたらした．A. oryzae のを対象とした研究が次第に増えてきた．モデル糸状菌 A.

ゲノム上には，A. flavus のものとよく似たアフラトキシnidulans で得られた遺伝子研究の知見を基盤に，多くの研ン生合成遺伝子クラスターが見いだされたが，精確に比究者が病原菌 A. fumigatus の研究に参入している．2005

べると致命的な変異（制御遺伝子の変異，クラスターの年に主要 Aspergillus 属菌のゲノムデータが公開されると，大規模欠損など）を保持していた．つまり，A. oryzae では糸状菌のポストゲノム研究のセンターポジションとして，生合成遺伝子クラスターが不完全なために，アフラトキA. fumigatus が重要な役割を果たすこととなった．

シンを産生できないことが，遺伝子的に改めて示された．
先に紹介した，A. oryzae，A. luchuensis，A. sojae の糸状菌ゲノム研究へ麴菌グループは，いずれも醸造微生物として長年植え継同じ真核微生物の出芽酵母 Saccharomyces cerevisiae のがれ利用されてきた．度重なる選抜を経て，自然環境下

ゲノム塩基配列が 1996 年にオープンになり，糸状菌では2003 年にアカパンカビ（N. crassa），2004 年に白色腐朽菌（Phanerochaete chrysosporium）が報告された．これに続く 2005 年に，A. nidulans，A. fumigatus，A. oryzae のゲノム配列決定の論文が 3 種同時に Nature 誌に掲載されでは起こらないような特殊な進化の痕跡がゲノムに残さた 17–19)．麴菌ゲノムの解読は，我が国の産学官からなるコトキシンの生合成遺伝子クラスターの欠損，または欠コンソーシアムにより達成された．当時，日本の糸状菌失が示され，安全性が遺伝子レベルで確認された．我が研究の中心にあった A. oryzae のゲノムデータがいち早く国の醸造産業で活躍する fungal group のゲノム解析は，整備されたことは，その後の研究の進展を支えることに大不要なトキシン遺伝子は排除し，有用な糖質分解酵素やきく寄与したと言える．他の主要な糸状菌ゲノムの解読

プロテアーゼを発達させるという，ガラパゴス的な進化，状況は，2005 年イネいもち病菌（Magnaporthe grisea）の有り様を提示してみせた．

れていると考えられた．2011 年に A. sojae21)，2016 年には A. luchuensis22) のゲノム配列が明らかにされ，それぞれ系統的に近縁の Aspergillus parasiticus および A. niger と比較された．その結果は A. oryzae のケースと同様，マイ2007 年 A. niger（産業用酵素生産株），A. flavus（カビ毒2008 年 Trichoderma reesei（セルラーゼ生産株）生産株），と続いている．主要な糸状菌ゲノムの特徴を表 1 にまとより，今や気軽に糸状菌ゲノムを解読できる時代となっめた．

ゲノムプロジェクトでは，1500 を優に超える真菌（酵次世代シーケンサーによるゲノム解読のコスト低下にている．米国 JGI の 1000 Fungal Genome という大規模母も含まれる）菌株のゲノムが解読され，オープンに利用することができる．NCBI Datasets の Genome の fungi

表 1．主な糸状菌のゲノム解析結果
菌株名

ゲノムサイズ

推定タンパク質数部門でも 2200 種（同じ種が重複してカウントされるケー

A. nidulans FGSC A4
A. fumigatus Af293
A. oryzae RIB40
A. flavus NRRL3357
A. niger CBS513.88
A. sojae NBRC4239
A. luchuensis NBRC4314

30.3 Mb
29.4 Mb
37.9 Mb
36.9 Mb
34.0 Mb
39.5 Mb
34.7 Mb

9,556
9,630
12,074
13,485
10,593
13,033
11,691スも見られる）を超えるデータが蓄積されている 23)．こ436のような状況を反映してか，最近の糸状菌の比較ゲノム研
究は，同種または近縁種の数十株を対象にした解析が普通に行われている．ゲノム研究黎明期には，A. flavus アフラ
トキシン産生株と非産生株の比較や，病原菌 A. fumigatusと非病原性の近縁種（Neosartorya fischeri）の比較のよ
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うに，限定的な比較研究であったことを考えると，10も Aspergillus 属菌によりドライブされてきた経緯があ

年以上経過し，生物情報の大規模化が顕著である．

り，今後も研究の中心メンバーとして欠かせない．

Aspergillus 属菌が先導する研究領域
ここまで述べたように，発酵食品や薬といった人類に有用化合物の産生に関わる二次代謝生合成遺伝子クラスターは，ゲノム解析の結果から，平均的な糸状菌には菌が，このような先導的な役割を果たしていくことが予>50 個存在することがわかっている．つまり乱暴に計算すると，339 種が含まれる Aspergillus 属菌での総計は16,950 個のクラスターとなり，重複を考えて半分としても >8,000 種類のクラスターから化合物産性が可能と仮定できる．一方で，Aspergillus 属からこれまでに見いだされた細胞外代謝物の数は，約 2,000 個と報告されて想される．以下に，その根拠となりそうな事柄を挙げる．

いる 26)．この数は他の属に比べて最多であるが，一つの遺人や動物の健康を脅かす伝子クラスターから複数の類縁化合物が産生可能である

病原菌や毒素生産菌は，社会的な必要性から継続的な研こ と を 考 慮 す れ ば，ゲ ノ ム に 存 在 す る ク ラ ス タ ー 数究が求められる．特に，これらの対象となる代表的な糸（>8,000）とは大きな開きがある．いかに多くの未解析の状菌種は，A. fumigatus と A. flavus であり，ゲノム研究遺伝子資源が眠っているか，イメージが掴めるだろうか．

が進展して以来，ますます研究が体系化し深度を増してき先に挙げた A. fumigatus は，モデル病原糸状菌であるた．例を挙げると，遺伝子機能の網羅的解析を後押しすることから，精力的に二次代謝研究がなされている．実際，恩恵をもたらすものから，カビ毒や感染症といった社会的な問題まで，Aspergillus 属菌はその時代のアイコンとして，糸状菌を代表する存在であったことがお解りいただけたと思う．そしてこの先の 10 年も，Aspergillus 属体系的な遺伝子機能研究

A. fumigatus の遺伝子破壊株ライブラリーが，COFUN とゲノムに存在する 34 の生合成遺伝子クラスターのうち半いうプログラムで，英国マンチェスター大学のグループ分では，その代謝物が判明している．しかし裏を返せば，により整備されつつある．現在までに，>400 株の転写もっとも精力的に研究された菌種でも，半分のクラスター因子破壊株セットが提供可能になっており，ホスファでは産生化合物が判明していないことを意味する．糸状ターゼやキナーゼ関連の株もすでに作製が完了してい菌全体で考えれば，非常に多くの化合物が解析されずにる．将来的には全遺伝子（〜 10,000 遺伝子）の破壊株埋もれていることが解ると思う．このような，実験室でが揃う予定（必須遺伝子は除く）で，本菌の病原機構をは発現が確認できない生合成遺伝子クラスターは休眠二漏らさずに解析することが可能となる．また，各破壊株

次代謝遺伝子と呼ばれ，なぜ，そしてどのように制御（抑にはインデックスが付与されており，複数株を混合した制）されているのかは，ほとんど理解されていない．も競合実験ができるよう工夫されている．たとえば，動物し休眠機構が解明されれば，それを打破する培養を合理

感染実験において，複数株を等量混合して感染させ，感的に設計し，休眠二次代謝を対象にした新規化合物の探

染部位に存在する菌株の優占率をアンプリコンシーケン索が可能になると期待される．そのような解析には，知スにより解析すると，病原性が低下した株，すなわち感見や遺伝子資源が先行し充実している Aspergillus 属菌が，染に寄与する遺伝子を見いだすことができる．

先導的な役割を果たすものと考えられる．

遺伝子機能の体系的な解析を可能にする遺伝子破壊株
ライブラリーは，A. flavus に近縁の A. oryzae において化合物生産工場としての有用性

近年，二次代謝研究における Aspergillus 属菌の Cell factory system としても我が国で整備が進められてきた．転写因子破壊株セッの存在価値が高まっている．特に，A. oryzae は元来，細ト（>500 株）を利用することにより，植物性バイオマ

胞外分解酵素を多量に分泌する特性から，組換えタンパ

ス分解酵素の発現制御に関与する因子が明らかにされるク質の大量生産宿主として利用されてきた．この性質に．現在，これより，任意の二次代謝生合成マシナリーを大量に発現さらの研究資源は東北大学発酵微生物学寄附講座（五味勝せることが可能で，産物の解析に積極的に利用されてい也教授）において管理されている．糸状菌に秘められたる．この A. oryzae 異種発現系では，生合成遺伝子クラス能力を効率的に発掘する上で，遺伝子破壊株ライブラ

ターの複数の遺伝子を同時に導入することが可能なためリーを試してみる価値が大いにあるのではと思う．

拡張性が高い．また，宿主 A. oryzae 自身の二次代謝生産など，その有用性は折り紙つきである

24,25)

未来の薬剤のリーが活発ではないため，基質の競合が起こらず，異種発現ド化合物となる二次代謝物の研究は，引き続き重要な研による産物は高い生成量が望めることも重要である．加

究領域である．大別すれば，潜在的な化合物の探索と，えて，代謝物のバックグラウンドが低いために，目的産既存化合物を改変する多様化研究となる．いずれの研究物の検出が容易となる．二次代謝物の糸状菌における異糸状菌が産生する多様な化合物

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種発現系は，1996年にA. nidulansで初めて報告されたが，現在では，A. niger や，我が国で確立された A. oryzae による系が主流となっている．
本システムの瞠目すべき点は，導入する遺伝子の組合せにより，目的の化合物を選択的に産生させることが可能なところにある．たとえば，ある化合物の生合成反応経路を検証する場合，遺伝子クラスターの構成因子を，予想する反応ステップ順に導入した一連の遺伝子導入株を用意することで検証できる．また，導入遺伝子の改変によって，目的産物の構造への影響も解析が可能である．
さらには，任意の修飾酵素を導入して人工的な化合物デザインも可能であり，多様な構造の化合物を創出するプラットホームとして利用され始めている27)．このように，

A. oryzae 異種発現系の合成生物学的な使用は，糸状菌の産生する化合物研究の辺縁を拡大し，天然物化学研究を加速させる起爆剤になると期待される．
おわりに早くに醸造産業が発達した我が国では，発酵微生物の研究も盛んであった．その中で，糸状菌は近代の発酵工学の基礎を築いた重要な菌群である．毎年開催される菌類遺伝学の国際学会では，菌種（属）ごとの研究部会が併せて開かれるが，Aspergillus 属のブースの参加者数が頭一つ抜けている．発酵に始まり，遺伝子，ゲノムの研究は，本属菌が先導的な役割を果たしてきた．これらの研究から得られた知見は，言うまでもなく，植物病原菌や木材腐朽菌の生理解析にも活かされ，広い学問領域に波及している．今後も，糸状菌研究の愛されるキャプテンとして，さらなる活躍を期待する次第である．

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文献

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