ラクトコッカス属 KTH0-1S の β-ガラクトシダーゼ発現を全細胞型バイオ触媒として利用したラクトスクロース効率生産
β-Galactosidase expression on Lactococcus sp. KTH0-1S as a whole-cell biocatalyst for efficient lactosucrose production
ラクトスクロースは機能性オリゴ糖であり、食品・農業分野での応用が期待されているが、工業生産は変換効率の低さと後処理コストの高さが課題である。本研究では、ニシン誘導型発現システム、USP45シグナルペプチド、LysMアンカー化ドメインを用いて、ラクトコッカス属 KTH0-1S に β-ガラクトシダーゼをディスプレイする全細胞型バイオ触媒を開発した。誘導後4時間で最大146.0ミラーユニットの全細胞型 β-ガラクトシダーゼ活性を示した。この全細胞酵素は、ラクトースとスクロースからラクトスクロース合成を効率的に触媒し、最適な活性はpH 6.0、50°Cで観察された。基質モル比は生成物に大きく影響し、ラクトース:スクロース比1:3で最高のラクトスクロース濃度15,940 mg/Lを達成した。LysMを介した表面アンカー化の非共有結合的な性質により、繰り返し反応サイクルでの安定性は限定的であった。分子ドッキング解析は、高親和性の基質結合ポケットを特定し、スクロース富化条件下でのトランスガラクトシル化の強化を構造的に説明した。本研究は、ラクトコッカス属を基盤とする全細胞型バイオ触媒を用いたラクトスクロース効率生産の実現可能性を示し、機能性オリゴ糖合成のための費用対効果が高く食品適合性のあるプラットフォームとしての可能性を強調する。
- ラクトコッカス属 KTH0-1S に β-ガラクトシダーゼをディスプレイした全細胞型バイオ触媒を開発し、ニシン誘導型発現システム・USP45シグナルペプチド・LysMアンカー化ドメインを利用
- 誘導後4時間で最大146.0ミラーユニットの全細胞型 β-ガラクトシダーゼ活性を示し、最適活性は pH 6.0・50°C
- ラクトースとスクロースからラクトスクロースを合成し、基質モル比1:3で最高濃度15,940 mg/Lを達成
- LysMを介した表面アンカー化が非共有結合的であるため、繰り返し反応サイクルでの安定性が限定的
- 分子ドッキング解析により高親和性の基質結合ポケットを特定し、スクロース富化条件下でのトランスガラクトシル化強化を構造的に説明
合成生物学・全細胞型バイオ触媒による機能性オリゴ糖(ラクトスクロース)生産の実証研究で、食農・フードテック領域の製造コスト低減につながる要素技術。最大活性146.0ミラーユニット、ラクトース:スクロース比1:3で15,940 mg/Lという定量的な達成値は、工業生産の課題である変換効率の改善余地を示す。ただしLysM非共有結合アンカーによる繰り返し反応安定性の限界が明記されており、商用スケールでの耐久性・後処理コスト改善が実用化の鍵。学術段階の成果であり、直ちに企業業績へ波及する事象ではない点は留意が必要。