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油性微生物は、代謝の正常な一部として脂質を蓄積する微生物の一種です。油性微生物は、ポリヒドロキシアルカン酸、トリアシルグリセロール、ワックスエステルなど、さまざまな脂質化合物を蓄積することがあります。細菌、真菌、酵母など、さまざまな微生物が脂質を蓄積することが知られています。これらの生物は、廃棄物から燃料を生産する潜在的な用途について研究されることがよくあります。
関数
典型的な細菌では、リン脂質などの極性脂質が細胞膜を維持するために合成されます。しかし、油性生物では、脂質は細胞内で合成され蓄積され、栄養不足の状態でエネルギー貯蔵庫として機能します。脂質の蓄積は、水ストレス状態で水源として機能したり、紫外線による活性酸素種の形成による酸化ストレスを防ぐなどの二次的な目的にも役立ちます。[1]
脂質の蓄積はエネルギーと栄養素の貯蔵として起こり、不適切な環境条件によって引き起こされるようです。メチロバクテリウム・ローデシアナム株MB126などの細菌は、リン、窒素、炭素が欠乏した条件下で増殖すると、ポリ-β-ヒドロキシ酪酸を蓄積することが観察されています。 [2]同様に、 R. opacusなどの油性ロドコッカス属などの他の生物は、代わりにトリアシルグリセロールを蓄積することが知られていますが、[3]これらの化合物の脂肪酸含有量は、生物と環境条件によって異なります。[1]脂質の蓄積は、油性微生物が環境に存在しないときにエネルギーと栄養素の源を提供するため、油性微生物にとって有利であると考えられています。これにより、生物は「豊作と飢餓」の条件を生き延び、新しいエネルギーと栄養素の源が集団に提供される前に死滅するのを防ぐことができます。[2]
トリアシルグリセロールの合成と蓄積を引き起こす特定の条件は、細胞内の含有量を最大化するプロセスを開発するために研究されてきました。炭素と窒素の比率は、脂質の蓄積にとって特に重要であることが確認されています。窒素が少なく炭素含有量が過剰な条件では、ロドコッカス属の細菌で脂肪生成が増加することが観察されています。 [ 3]
脂質の蓄積は、水ストレス条件下の生物にも利益をもたらす可能性がある。トリアシルグリセロールとワックスエステルの代謝は、処理された脂質分子1つにつき1.4分子の水を生成する可能性があるが、ポリ-β-ヒドロキシ酪酸は脂質代謝分子1つにつき0.5分子の水を返す。[1]別の分析では、微生物脂質100gから107.1gの水を収穫できることがわかったが、これは同量の炭水化物貯蔵分子よりも高い。[4]これは、油性生物が脂質貯蔵に頼って水ストレスを軽減し、乾燥を防ぐことができることを意味する。
脂質の蓄積が油性微生物の生存を支えるもう一つの方法は、活性酸素種によって引き起こされる酸化ストレスを和らげることです。砂漠や極地など紫外線が強い環境では、微生物は細胞のDNA、細胞成分、または代謝プロセスと相互作用する水分子から活性酸素種が形成されて損傷を受ける可能性があります。トリアシルグリセロールの成分であるグリセロールなどの浸透圧調節物質は細胞内の水を安定させ、活性酸素種の形成を防ぎ、紫外線による細胞の損傷や溶解を防ぎます。[1]
トリアシルグリセロール生合成の遺伝的要素が研究されている。その生合成はワックスエステル/アシルCoA:ジアシルグリセロールアシルトランスフェラーゼ酵素によって触媒され、これはATF遺伝子と関連している。ATF遺伝子を調査する研究により、R. opacus PD630で特定された10個のATF遺伝子のうち、atf1とaft2のみが酵素の活性とその結果生じるトリアシルグリセロールの合成と蓄積に大きな影響を与えることが判明した。[ 5 ]
バイオ燃料の供給源
油性微生物は、バイオディーゼルなどのバイオ燃料の原料としての可能性に注目されている。石油や天然ガスなどの再生不可能な燃料源を使用する代わりに、バイオディーゼルは農業廃棄物や廃水などの他の形態の廃棄物から燃料源を生産できる可能性がある。油性微生物は、さまざまな物質をポリヒドロキシアルカン酸（バイオプラスチックの形成の可能性あり）やトリアシルグリセロール（バイオディーゼルの形成の可能性あり）に分解する能力がある。微生物は、廃水処理などの既存のプロセスや廃棄物ストリームに統合して、廃棄物から資源を収穫することができる。[6]現在、多くのバイオ燃料は植物油を使用して製造されているが、微生物脂質を利用する単細胞油などの製品は、植物油の処理に比べて土地をあまり必要とせず、時間的制約も少ない。[7]廃棄物を基質として使用すること、既存のプロセスに統合できること、および資源投資が少ないことを考慮すると、油性微生物をバイオ燃料の原料として使用することは、多くの研究者にとって魅力的である。[3]
参考文献
- ^ abcd Röttig A、Hauschild P、Madkour MH、Al-Ansari AM、Almakishah NH、Steinbüchel A (2016年5月)。「砂漠の土壌から分離された新規油性ロドコッカスおよびストレプトマイセス株におけるトリアシルグリセロール合成の分析と最適化」。Journal of Biotechnology。225 : 48–56。doi : 10.1016/j.jbiotec.2016.03.040。PMID 27034020 。
- ^ ab Ackermann JU、Müller S、Lösche A、Bley T (1995-02-21)。「Methylobacterium rhodesianum細胞は成長限界下でDNA含有量を2倍にし、PHBを蓄積する傾向がある」。Journal of Biotechnology。39 ( 1 ): 9–20。doi : 10.1016 /0168-1656(94)00138-3。ISSN 0168-1656 。
- ^ abc アルバレス HM、エレーロ OM、シルバ RA、エルナンデス MA、ランフランコーニ MP、ビジャルバ MS (2019 年 9 月)。ペティナリ JM (編)。 「油脂性ロドコッカス属の代謝に関する洞察」。応用および環境微生物学。85 (18): e00498–19。Bibcode :2019ApEnM..85E.498A。土井：10.1128/AEM.00498-19。PMC 6715851。PMID 31324625。
- ^ Hauschild P, Röttig A, Madkour MH, Al-Ansari AM, Almakishah NH, Steinbüchel A (2017年3月). 「乾燥地帯の原核微生物における脂質蓄積」.応用微生物学およびバイオテクノロジー. 101 (6): 2203–2216. doi :10.1007/s00253-017-8149-0. PMID 28175949. S2CID 253769928.
- ^ Hernández MA、Arabolaza A、Rodríguez E、Gramajo H、Alvarez HM (2013 年 3 月)。「atf2 遺伝子は、油性 Rhodococcus opacus PD630 におけるトリアシルグリセロールの生合成と蓄積に関与している」。応用微生物学およびバイオテクノロジー。97 (5): 2119–2130。doi : 10.1007 /s00253-012-4360-1。hdl : 11336 / 192311。PMID 22926642。S2CID 253766352 。
- ^ Serafim LS、Xavier AM、 Lemos PC (2018)。「細菌における疎水性ポリマーの貯蔵」。Geiger O (編)。脂肪酸、脂質、膜の生合成。Cham: Springer International Publishing。pp. 1–25。doi :10.1007/ 978-3-319-43676-0_33-1。ISBN 978-3-319-43676-0。
- ^ Valdés G、Mendonça RT 、Aggelis G (2020)。「油性微生物の 基質としてのリグノセルロースバイオマス：レビュー」。応用科学。10 (21): 7698。doi : 10.3390/app10217698。ISSN 2076-3417。