酸化ストレスとエネルギー代謝に基づく酵母におけるグルタチオン合成のステップワイズ制御戦略を検討した

A stepwise control strategy for glutathione synthesis in Saccharomyces cerevisiae based on oxidative stress and energy metabolism.

• Hailong Chen
• Xitao Cao
• Nianqing Zhu
• Lihua Jiang
• Xiaoge Zhang
• Qingming He
• Pinghe Wei

抄録

酸化ストレスとエネルギー代謝に基づく酵母のグルタチオン（GSH）合成促進のためのステップワイズ制御戦略を検討した。まず、糖蜜とコーンスティープリカーを選択し、炭素源混合物としてそれぞれ1.5g/L/h、0.4g/L/hの流量で供給し、10Lの発酵槽内で細胞密度を増加させた。バイオマスが90g/Lに達した時点で、1.5%KMnO、3%ステアリン酸、2%ポリエチレングリコール、3%寒天粉末からなるKMnO徐放性粒子を調製し、酸化ストレスを維持するために発酵ブロスに添加した。その結果、KMnO徐放性粒子を添加した群の最大GSH蓄積量は、KMnO添加群と比較して39.0%増加した。また、KMnO徐放性粒子給餌により、平均GSH生産性および平均比生産率の向上に加えて、GSH代謝に関与する酵素であるGSHペルオキシダーゼ、γ-グルタミルシステイン合成酵素およびGSH還元酵素の活性も有意に向上した。最後に、6g/Lクエン酸ナトリウムをエネルギーアジュバントとして給与すると、細胞内ATPレベルが上昇し、GSH産生がさらに促進された。以上のステップワイズ戦略により、GSH蓄積量は5.76g/Lに達し、対照群に比べて2.84倍に増加した。このように、酸化ストレスとエネルギー代謝に基づいた段階的な制御戦略は、酵母におけるGSH蓄積を有意に改善した。

A stepwise control strategy for enhancing glutathione (GSH) synthesis in yeast based on oxidative stress and energy metabolism was investigated. First, molasses and corn steep liquor were selected and fed as carbon source mixture at a flow rate of 1.5 g/L/h and 0.4 g/L/h, respectively, for increasing cell density in a 10 L fermenter. When the biomass reached 90 g/L, the KMnO sustained-release particles, composed of 1.5% KMnO, 3% stearic acid, 2% polyethylene glycol and 3% agar powder, were prepared and added to the fermentation broth for maintaining the oxidative stress. The results showed that the maximum GSH accumulation of the group fed KMnO sustained-release particles was 39.0% higher than that of KMnO-fed group. In addition to the improved average GSH productivity and average specific production rate, the activities of GSH peroxidase, γ-glutamylcysteine synthetase and GSH reductase, enzymes taking part in GSH metabolism, were also significantly enhanced by KMnO sustained-release particles feeding. Finally, 6 g/L sodium citrate fed as an energy adjuvant elevated the intracellular ATP level for further enhancing GSH production. Through the above stepwise strategy, the GSH accumulation reached 5.76 g/L, which was 2.84-fold higher than that of the control group. The stepwise control strategy based on oxidative stress and energy metabolism significantly improved GSH accumulation in yeast.