産業微生物学：イソプレノイドの工業生産のために酵母の中心的な炭素代謝経路を書き換える
Nature 537, 7622 doi: 10.1038/nature19769
バイオベース経済は、石油関連製品の持続可能な代替品や、先端材料の新しい化学構成要素を供給できる可能性がある。我々はこれまでに、抗マラリア薬として用いられるイソプレノイドであるアルテミシニン酸を工業生産する目的で、出芽酵母（Saccharomyces cerevisiae）の生物工学による操作を行ってきた。このような酵母を、工業への応用用途の広い植物セスキテルペンのβ-ファルネセン（C15H24）のような他のイソプレノイド類の生合成に適応させることは容易である。しかし出芽酵母の使っているイソプレノイド生合成経路は化学的に効率が悪く、そのため収率や生産性に限界があり、大量生産には適していない。今回我々は、出芽酵母の中心的な炭素代謝を4つの非天然代謝反応を使ってつなぎ変え、細胞質に含まれるアセチル補酵素A（アセチルCoA、炭素数2のイソプレノイド前駆体）の生合成をATP要求量を減らして行い、CO2放出反応に入ることによる炭素喪失を低下させ、経路の酸化還元バランスが改善されるように改変した。中心的代謝をつなぎ変える改変を施した株は、対照株と同量の糖をファルネセン産生に充てることが可能で、その糖からのファルネセン産生量は25％増加し、酸素要求量の方は75％少なくなっていることが分かった。これらの変化は供給原料のコストを下げ、当然ながら酸素が制限されている産業レベルの発酵で生産性を大幅に向上させる。改変株は重要な調節ノードを変化させたにもかかわらず、負担の大きい工業的条件下でもロバストに増殖し、培養液中で2週間にわたって安定した収率を維持し、ファルネセンの産生量は容量で15％以上に達した。この結果は、酵母の中心的代謝経路のつなぎ変えは、アセチルCoA由来分子の費用効率の高い大規模生産のための実行可能な戦略であることを示している。
