科学者たちが、剪定くずに含まれる細菌株を活用し、持続可能なバイオ製品の開発に取り組んでいる

アルゼンチンとスペインの研究者らは、オリーブの剪定くずから、バイオテクノロジーへの応用が期待される細菌株「Rhodococcus sp. 24CO」を発見した。

アルゼンチンとスペインの研究者らは、オリーブの剪定くずに含まれるある細菌株が、バイオテクノロジー分野での応用において可能性を秘めていることを実証した。

学術誌『Fermentation』に掲載されたこの研究は、2022年に開催された第17回アルゼンチン一般微生物学会で発表された研究を基にしている。

問題の菌株であるRhodococcus sp. 24COは、様々な炭素源を中性脂質、特にトリグリセリドに効率的に変換し、そのバイオマスの最大47％をこの脂質として蓄積する。

微生物によるトリグリセリドの合成は、廃棄物から持続可能な高付加価値製品を生産できる可能性を秘めていることから、最近大きな注目を集めています。そのような製品には、バイオ燃料、洗剤、肥料、化粧品、医薬品成分などが含まれます。

Rhodococcus sp. 24CO は、パタゴニア南部の東海岸にあるフラントイオ品種の葉から分離されました。多くの Rhodococcus 属の菌種は、農薬、除草剤、放射性物質といった、残留性が高く危険な汚染物質を無害化する能力や、安価な基質をより価値の高い化合物に変換する能力で知られている。

この菌株の特性と能力を評価するため、研究者たちはさまざまな試験を行った。

培養実験の結果、24COは、フルクトース、マンニトール、ソルビトール、アラビトールを含む、試験した50種類の炭素源のうち4種類で増殖することができました。最初の 2 つはオリーブの葉に天然に存在し、細胞乾燥重量のそれぞれ 47% および 28% に達するトリグリセリドの蓄積をもたらしました。

マンニトールからの中性脂質の大量生成は窒素条件下でも見られ、著者らは、これはこれまで報告されていない挙動であり、この菌株が大量のバイオマスを生成し、同時に、多量のトリグリセリドも生成することを示唆しており、産業上重要な意味を持つと著者らは考えている。

オリーブの剪定くずの生および脱水した葉の抽出物を化学分析したところ、炭素対窒素比が高く、脂質生産に適していることが示された。

さらなる培養により、このことが裏付けられ、脱水浸出液では細胞乾燥重量の 20% 以上、生浸出液では 8% が中性脂質として得られた。前者で生成されたトリアシルグリセロールは、マンニトール培養で生成されたものと類似していた。

さらに、どちらの培養物からも、生分解性プラスチックの製造に有用なポリマーであるポリヒドロキシブチレートが少量検出されました。 Rhodococcus sp. 24CO のゲノム解析により、これらのポリマーを合成するその可能性が確認されました。

さらに分析の結果、24CO と、この属の中で最も研究が進んでいる Rhodococcus sp. RHA1 との間に、遺伝的に大きな違いがあることが明らかになりました。 24CO には、RHA1 に存在する、脂質産生条件下で通常活性化される酸化還元および窒素代謝に関連するいくつかの遺伝子が欠けていました。これらの遺伝子が欠如していても、24CO の脂質蓄積に支障は見られなかったことから、別の調節メカニズムが存在することが示唆される。

24CO は RHA1 よりもワックスエステル酵素の数が少ないことが判明しましたが、その脂質収量は RHA1 と同等か、あるいはそれ以上でした。これは、この株におけるトリアシルグリセロール生合成に関与する酵素が、より効率的である可能性を示唆している。しかし、ケネディ経路の酵素は完全に存在しており、高い冗長性を持っていた。

この種に適した環境条件を評価した結果、研究者らは、この種が 4°C から 30°C の間で生存・繁殖が可能であり、最適温度は 28°C であると結論付けました。

塩分濃度と pH に関する実験では、体積比で最大 5% の塩化ナトリウム、および pH 6 から 10（弱酸性から弱アルカリ性）の環境に耐えることができることが示されました。

著者らはまた、パタゴニアの葉の表面は、強い紫外線、低い栄養分、乾燥といった過酷な環境にさらされていると指摘している。

オリーブの廃棄物を削減・再利用するための多くの取り組みが進行中ですが、オリーブの剪定くずの大部分は依然として焼却されています。

スペインだけでも、剪定により年間約 125 万トンの葉が発生しています。研究者たちは、Rhodococcus sp. 24CO が、主にトリアシルグリセロールの生合成を通じて、この膨大なバイオマスを、持続可能で価値のある製品に変換するための有力な候補であると考えています。