醸造微生物の深淵を探る
独立行政法人酒類総合研究所 秋田 修
はじめに
醸造（発酵）は微生物の多様な機能を活かして原材料成分を巧みに変換し、付加価値の高い加工食品を生み出す技術である。日本には味噌、醤油、清酒、焼酎、酢、鰹節、納豆など特有の伝統的発酵食品があり、これらは日本の食文化を担う重要な食品群である。先人たちは微生物の存在を知らない時代から、試行錯誤しながら経験によって、醸造を担う微生物（酵母、麹菌）の多様な機能を最大限に引き出す知恵（ノウハウ）を蓄積し、今日の醸造技術を確立してきた。これら蓄積された培養技術や発酵管理技術は現在のバイオテクノロジーの源流となっており農芸化学の研究分野とも関係が深い。
近年、酵母に比べると分子生物学的研究が遅れていた麹菌（糸状菌）においても、遺伝子レベルでの研究が盛んになり、全塩基配列の解読もほぼ終了しようとしている。本シンポジウムでは、酵母と麹菌を中心として、醸造におけるこれら微生物のすぐれた機能、微生物側からすれば醸造環境への適応戦略について、近年の分子生物学的解析で解き明かされつつある現状を、先人が築いてきた醸造技術も含めて紹介したい。醸造の世界、特に醸造微生物にはまだまだ未知の世界が潜んでいることを知っていただきたい。
醸造微生物のたくましさと特殊性
種々の醸造環境で長年使用されてきた醸造微生物は、それらの環境に適応した機能を備えている。もしくは、それらの醸造環境が選択圧となり、その環境に適応しうる微生物だけが選択されてきているように思える。清酒酵母はSaccharomyces cerevisiaeに分類されるが、同じS. cerevisiaeである実験室酵母では生存できないような高濃度アルコール存在下でも生存しアルコール発酵を継続できるため、清酒もろみの最終アルコール濃度は２０％までに達し、醸造酒の中で清酒は最も高いアルコール濃度の酒となっている。アルコールの影響では、通常glucose repressionがかかるピルビン酸・乳酸の透過酵素遺伝子（JEN1）がエタノールが共存するとglucose repressionがかからなくなることを清酒酵母で初めて見いだした１）（本年度のBBB論文賞に選ばれました）。
また、清酒酵母にはもろみで泡を形成する性質があることが知られており、昔から泡の上がり具合で発酵の進行状況を把握してもろみ管理の指標にしてきた。最近この高泡形成能を支配する遺伝子（AWA1）が酒総研のグループによる明らかにされた。AWA1は醸造用酵母も含めて清酒酵母以外の酵母には見いだされない。さらに、同じS. cerevisiaeであるワイン酵母ではブドウ果汁に添加される亜硫酸に対する耐性遺伝子(SSU1-R)が強化されている。AWA1もSSU1-Rもともに染色体間の転座によって生じたことが明らかにされた。また醸造微生物は同類の微生物にはない、過酷な環境で生き延びることができるたくましさを備えているといえるが、一方、必要のない機能は脱落していった形跡もみられる。一例を挙げれば、清酒酵母は、実験室酵母が有している銅耐性遺伝子であるCUP1を有していないが、これは清酒醸造環境では高銅濃度に曝される機会がないためであろうと思われる。酵母の全ゲノム構造は1996年に解読されたが、それは実験室酵母（S288c株）のものであり、そのゲノム構造を眺めていても上記のような醸造酵母特有の姿は見えてこない。現在、酒総研では清酒酵母のゲノム構造の解析を進めている。その結果から清酒酵母のアルコール耐性（おそらく複数遺伝子が関与している）の原因も解明できるであろう。これを利用すれば、酒類製造ばかりでなくバイオマスからのアルコール燃料生産にとっても重要な情報を提供できるかもしれない。
日本特有の醸造微生物“麹菌”の世界
日本の醸造産業の特徴の一つに、麹菌を原材料成分の分解に必要な酵素の供給源としていることがある。麹菌を用いた醸造産業の製品売上額だけで約２兆円に達し、周辺産業まで含めれば国内総生産の１％以上になるという試算もある。麹菌が日本の産業にとって極めて重要であることから“国菌”と呼ぶことが提案されている。
麹菌では有性世代が見つかっていないことから、遺伝解析がほとんどなされておらず、また交配育種もできないことから、酵母に比べ遺伝学的背景の解明や育種手法の確立は遅れていた。しかし、多くの生物のゲノム解析が進められるようになり、麹菌においても全ゲノム解析の必要性が提唱されるようになった。まず、麹菌研究者グループによる麹菌EST解析が1999年から開始され、翌2000年には約17,000ESTが集積された。さらに、翌2001年にはこのEST解析結果を有効に活用した麹菌ゲノム解析が（独）製品評価技術基盤機構と麹菌研究グループとの共同研究で開始され、今年度末には麹菌ゲノムの全容が解明される。
酒総研では、ESTクローンを利用して製造した麹菌cDNAマイクロアレイを用いたトランスクリプトーム解析や麹菌が分泌生産する酵素群のプロテオーム解析を進めており、麹菌研究においてもすでにポストゲノム研究時代に入っている。
麹菌は醸造食品として食されてきた長い歴史からその安全性が保証され、また麹培養（固体培養）におけるタンパク質高生産性が着目され、欧米では異種タンパク質の宿主として利用されている。我々も、上記のポストゲノム研究を活用して、麹菌を固体培養したときの遺伝子発現やタンパク質分泌機能を分子生物学的に解明することに力を注いでおり、ぜひとも麹菌の神秘を解き明かし、麹菌をさらなる産業利用へ展開するための扉を開けたいと望んでいる。
1) Analysis of the pyruvate permease gene (JEN1) in glucose derepression yeast (Saccharomyces cerevisiae) isolated from a 2-deoxyglucose-tolerant mutant and its application to sake making, H. Tsuboi, Y. Wakisaka, M. Hirotsune, T. Akao, O. Yamada and O. Akita, Biosci. Biotechnol. Biochem., 67,765-771 (2003)
酒総研では麹菌株の分譲、麹菌ESTデータベースの公開、麹菌cDNAマイクロアレイの提供を行っています。詳細はホームページ（http://www.nrib.go.jp/）を参照下さい。
秋田 修 o.akita@nrib.go.jp
独立行政法人 酒類総合研究所 微生物研究室長
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