今回は広西科学技術大学生物・化学工学院の牛福星准教授を推薦する課題チームがMicrobial Cell Factoriesに発表した文章：Key role of K⁺そしてCa²⁺in high-yield ethanol production by S. Cerevisiae from concentrated sugarcane molasses。本研究は常圧室温プラズマを用いて変異誘発を行い、異なるストレス因子（高浸透圧、高アルコール、高温、高塩イオン及び高濃度サトウキビ糖蜜）に対してそれぞれロバスト性を有する醸造酵母株をスクリーニングした。その中で、このように選択して育成した高濃度サトウキビ糖蜜に対してロバスト性を有する醸造酵母エタノールの合成収量は現在の物理的変異誘発性の高いレベル（111.65 g/L、糖アルコール転化率は95.53%に達した）に達した。最後に酵母の細胞形態、発酵生産能力及びグループ学的分析を結合し、醸造酵母が高濃度サトウキビ糖蜜の高濃度エタノール発酵を実現できないことを制限する主な制限因子はKであることを明らかにした⁺およびCa²⁺同時に存在する影響。

バイオベースエタノールの合成原料は多く、環境保護、経済、富民の視点からの研究開発が重点である。我が国は人口大国であり、毎年食品添加、工業応用などによって消費される糖量は世界の上位に位置している。サトウキビは糖分抽出の主要な原材料の一つであり、糖分を抽出すると同時に糖蜜が生成され、しかも早期の研究データにより、3トンの糖を生産すると同時に約1トンの糖蜜を生産できることが明らかになった。糖蜜は混合物であり、成分が複雑で、直接排出されたり畑で施肥されたりするのは浪費のためであり、環境汚染の原因となり、資源利用のための不十分なものである。しかし、糖蜜（非食糧）生物資源を利用して醸造酵母のエタノール合成を行うことで、人々のエタノール使用量に対する需要を絶えず満たすと同時に、国のグリーン低炭素エネルギーの発展を後押しすることができる。醸造酵母が糖蜜を利用してエタノール発酵を行う技術はすでに比較的成熟しているが、高濃度の糖蜜を利用して高濃度のエタノール効率を生産する上で1つの挑戦であり、その原因を究明することは各種のストレス要因の影響である。しかし、科学研究の角度からどの種類が制限的な重要な影響要素であるかを正確に述べた早期の研究報告はまだない。

研究者はARTP（室温プラズマ）による変異誘発、適応性進化及び高スループットのトリフェニル−2 H−テトラゾリウムクロリド（TTC）及び前駆体ピルビン酸（又はピルビン酸ラジカルイオン）とFe³⁺錯体反応を起こして黄色を呈する二重高フラックススクリーニング方法（Py−Fe³⁺）高濃度サトウキビ糖蜜（総糖濃度300 g/L）及びショ糖添加モデルにおける高温（37℃）、高アルコール（10%）、高浸透圧（400 g/L発酵可能総糖）及び高濃度Kをそれぞれ取得した⁺（15 g/L）、カリウム²⁺（8g/L）、K⁺＆Ca²⁺（15 g/L&8 g/L）発酵環境下の7株のロバスト型醸造酵母株（図1、表1）。高濃度サトウキビ糖蜜環境下における各ロバスト型菌株の細胞形態比較（図2）、エタノール合成の収率及び細胞数（図3、図4）、ロバスト型菌株のゲノム比較、比較転写群学GO、KEGG分析研究により、K⁺・Ca²⁺同時に存在することこそ、醸造酵母の高濃度サトウキビ糖蜜エタノール発酵を制限する主要な要素である。

表1同じ発酵条件下での野生型J 108との収量差

図2異なる菌株の細胞形態を250 g/L糖蜜で発酵させる

図4.5 L発酵タンクシステムにおいて250 g/Lサトウキビ糖蜜を用いて発酵し、菌株NGTM-F 1のエタノール生産量は111.65 g/Lに達した