酒造りを支える麹菌のしくみを探る リボスイッチの応用とピリチアミン耐性遺伝子の解明

白鶴酒造では、日本酒づくりを支える中核的な存在である麹菌（Aspergillus oryzae）を、単なる発酵微生物としてではなく、高度な生命機能を備えた研究対象として捉え、長年にわたり研究を重ねてきました。麹菌は、酵素の産生や香味形成などを通して酒質に大きな影響を与える重要な微生物です。白鶴酒造では、伝統的な酒造技術を基盤としながら、麹菌の遺伝子機能や代謝のしくみを科学的に解き明かし、新たな技術基盤の構築を目指しています。

１．リボスイッチの発見と応用研究

白鶴酒造の研究により、麹菌において真核生物として初めて、リボスイッチが遺伝子発現を制御する仕組みが明らかになりました。リボスイッチとは、mRNA自身がビタミンなどの低分子化合物を感知し、遺伝子のON／OFFを切り替える制御機構です。これまで主に細菌で知られていたこの仕組みが、麹菌にも存在することが示されました。

本研究では、ビタミンB₁（チアミン）の活性型であるチアミンピロリン酸（TPP）がmRNAに直接結合することで、スプライシングの様式が変化し、遺伝子発現が調節されることを明らかにしました。さらに、TPPの量に応じてスプライシングされる位置が切り替わり、タンパク質が合成される場合とされない場合が精密に制御されていることが分かりました。

白鶴酒造では、この天然の仕組みを応用し、TPPの添加によって遺伝子発現がONになる人工リボスイッチの開発にも成功しています。スプライシング部位や翻訳開始コドンを設計することで、チアミン添加時に発現量が約14倍に増加し、実用レベルで遺伝子発現を制御できるTPP結合型ONリボスイッチを確立しました。

この技術は、麹菌が生産する酵素や有用成分を「必要なときに、必要な量だけ」効率良く生産することを可能にし、発酵プロセスの高度化につながる技術として期待されています。

２． ピリチアミン耐性遺伝子の単離と解析

白鶴酒造では、麹菌の育種技術の一環として、チアミン拮抗物質であるピリチアミン（PT）に耐性を示す遺伝子 ptrA を世界で初めて単離し、その性質を明らかにしました。PTは、通常の麹菌ではごく低濃度でも生育を強く阻害する化合物ですが、白鶴酒造ではPT耐性を示す麹菌株を取得し、ゲノムライブラリー解析によって耐性の原因遺伝子を特定しました。

単離された ptrA は、チアミン生合成に関与する既知遺伝子 thi4 と高い相同性を持ち、調節領域に生じた変異がPT耐性を引き起こしていることが分かりました。この遺伝子を麹菌に導入すると、通常は生育できないPT含有培地においても生育が可能となり、ptrAが強力な薬剤耐性マーカーとして機能することが確認されています。

さらに、この耐性は優性形質であるため、野生型麹菌をそのまま育種の出発材料とすることが可能になります。従来必要であった栄養要求株の作製が不要となり、形質転換効率の向上や、目的遺伝子の安定的な導入を可能にする技術基盤の構築につながります。

酒造りと基礎科学をつなぐ白鶴酒造の研究

これらの研究成果は、日本酒の品質向上に寄与するだけでなく、「国菌」とも呼ばれる麹菌の生命現象を解き明かす基礎科学としても大きな意義を持っています。白鶴酒造は、伝統を大切にしながら科学的知見を積み重ね、酒造りの未来を支える研究開発にこれからも取り組んでいきます。