バイオサイエンス研究科ストレス微生物科学研究室の高木博史教授の研究グループは、テーブルマーク株式会社（代表取締役社長：川股篤博）との共同研究により、パン酵母が冷凍保存後も高い発酵力を発揮するためには、細胞内で冷凍により傷害を受け変性したタンパク質を分解するという役割を持つ酵素複合体が重要であることを明らかにしました。

　酵母は発酵産業において広く利用されている微生物ですが、製パンに用いる酵母（パン酵母）は種々の製パンの過程で冷凍、高ショ糖、高温乾燥などのストレス環境にさらされながら、高い発酵力（炭酸ガス発生量で評価）を維持しています。したがって、パン酵母が発酵力を保持したまま冷凍状態で流通することができれば、製パン産業において有用な技術になると期待されています。

　本研究では、まずパン酵母の冷凍保存が、発酵中の細胞の遺伝子発現に及ぼす影響を調べました。その結果、冷凍保存後の発酵力が低下した株では、細胞内でタンパク質分解を行う巨大な酵素複合体（プロテアソーム）に関連する遺伝子のほとんどで発現が減り、ストレスにより変性したタンパク質が分解されずに蓄積していました。このことから、冷凍保存によりプロテアソームの機能が低下していることが分かりました。次に、プロテアソームの機能低下を引き起こす原因を解析したところ、冷凍保存後に発酵力が低下した株では、プロテアソーム関連遺伝子の発現を引き起こす転写因子であるPdr3タンパク質^※３にアミノ酸置換を伴う変異が入り、Pdr3タンパク質の標的になる遺伝子の発現も顕著に減っていました。また、このPdr3タンパク質変異体を実験室酵母で発現させたところ、冷凍保存後の発酵力や生存率が有意に下がりました。

　以上の結果から、冷凍保存によるパン酵母の発酵力低下はプロテアソームの機能欠損が原因であることが明らかになりました。また、パン酵母が冷凍ストレスを克服し、高い発酵力を維持するためには、プロテアソームの機能が重要な役割を果たしており、この機能を強化することでパン酵母の冷凍耐性や発酵力が向上する可能性が示されました。

　本研究で得られた知見は、プロテアソームの機能強化による「冷凍ストレス耐性パン酵母」の育種技術への応用や、細胞が冷凍ストレスに応答し、生命機能を保持するメカニズムの理解に繋がる有用なものであると考えられます。また、本研究の成果はパン酵母をはじめとする産業酵母について、タンパク質を変性させる様々なストレスに対する耐性や発酵力の向上に応用できる可能性があります。

　この研究成果は、米国微生物学会の学会誌であるApplied and Environmental Microbiology誌オンラインサイトに平成30年4月6日付けで掲載されました。

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