[1]　分野の活動状況

　人類の食糧は基本的に植物の光合成に依存している。今後予想されるあらゆる環境ストレス下でも食糧等の持続的生産を可能とする方法の開発を目的とし，植物及び微生物の食糧生産能の増大，新しい食品素材の生産，さらには環境ストレス耐性機構の解析などの研究を国際的視点にたって行う。

（教授）吉川　正明，（助教授）井田　正二，（助手）竹中　康之

（非常勤職員）土山　直美，大久保由紀

（大学院生）ユンデン･ジンスマ，熊田アンリ・オバデイア，的場　伸行，南　　利子，松川　泰治，山本　大地

（1）研究内容

[研究目的]

　食糧などに含まれる健康増進機能を持った成分（生体調節因子）を開発し，効率的生産を目的とした研究を行う。

[研究課題]（吉川研究室）

（1）食品タンパク質から派生する新規生理活性ペプチドの探索（吉川，竹中）

　動物性食品タンパク質である乳，卵，食肉および血液タンパクのみならず各種植物性食品タンパク質からも酵素消化によって神経系，免疫系，内分泌系，血管系および消化器系等に作用する多様な生理活性ペプチドが派生することを見い出してきた。各種食品タンパク質の酵素消化物中にオピオイドおよび抗オピオイド活性，免疫系賦活活性，インスリン分泌促進活性，血圧降下作用，コレステロール低下作用等を持つ新規生理活性ペプチドを探索し，それらを単離，構造決定すると共に構造―活性相関の解明を進めている。

（2）食品タンパク質から派生する生理活性ペプチドの体内作用と作用機構の解明（吉川，竹中）

　各種食品タンパク質から派生する生理活性ペプチドを高血圧，動脈硬化，肥満および糖尿病等の生活習慣関連疾患（成人病）の予防や老人性免疫不全および老人性痴呆の改善，さらには一般的な健康の増進の目的で利用するために，新たに単離したペプチドのin vivoでの生理作用を定量的に解析している。動物実験では経口投与で学習促進効果および抗脱毛等興味ある作用を示すペプチドを既に得ている。またペプチドの特性に応じたふさわしい用途を探る目的でそれらの作用機構の解明を分子レベルで進めている。

（3）高活性ペプチド及び食品タンパク質の分子設計（吉川，竹中）

　食品タンパク質から派生する生理活性ペプチドのアミノ酸残基を置換することによって高活性を有し，且つ経口投与で有効な新規ペプチドを設計し，食糧または医薬としての利用の可能性を探る。また一方，遺伝子の部位指定変異によりアミノ酸残基を置換することによって潜在的な生理機能性を高めた食品タンパク質を植物および動物において生産するための研究を実施する。さらにこのようなタンパク質およびペプチドの健康増進機能を有効に発現させるために最適の食品形態を検討する。

　以上のプロセスは次の様に要約される。

（2）研　究　費

2．1．文部省科学研究費

吉　川　正　明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（単位：万円）

年　度	種　目	研　　　究　　　課　　　題	区　別	金　額
平成4 平成4 平成5 平成6 平成7 平成8	一般C 重点領域 重点領域 重点領域 一般C 　　　 一般C	新機能の導入による食品蛋白質の設計と改造 食品起源の生理活性ペプチドの解析と機能性食品の設計 食品起源の生理活性ペプチドの解析と機能性食品の設計 食品起源の生理活性ペプチドの解析と機能性食品の設計 血清アルブミン由来ペプチドA1butensinによる血管，免疫および神経系の制御 血清アルブミン由来ペプチドA1butensinによる血管，免疫および神経系の制御	代表/継続 分担/新規 分担/継続 分担/継続 代表/新規 　 代表/継続	70 350 350 275 170 90

竹　中　康　之　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（単位：万円）

年　　度	種　　目	研　　究　　課　　題	区　　別	金　　額
平　成　8	基　盤　Ｂ	大豆種子主要貯蔵タンパク質の品質・構造相関に関する研究	分担/継続	540

2．2．他省庁研究費

吉　川　正　明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（単位：万円）

年　　度	種　　　目	研　　　究　　　課　　　題	区　　別	金　　額
平 成 8	農林水産省	生物系特定産業技術研究推進機構 生理機能調節性タンパク質集積作物の開発と利用に関する総合的基盤研究：生理活性ペプチド配列の導入及び改変による健康増進機能を持つ食糧タンバク質の分子設計	分担/新規	900

（3）学会活動

3．1．各種学会の役割

　吉　川　正　明

学　　　　　会	役　　　　割	就　任　年　月　日
日　本　酪　農　科　学　会	編　集　委　員	1994年〜1996年

[研究課題]　（井田研究室）

　穀物の生産性と品質に最も関係の深い無機窒素代謝系の分子的基盤の確立を目的としている。

（1）硝酸塩同科系遺伝子の構造と機能の解明

　硝酸レダクターゼ（NR）と亜硝酸レダクターゼ（NiR）遺伝子の構造解析として，イネNADH-NR欠失株のNR遺伝子の塩基配列を決定した。その結果，このNR欠失株は本酵素のヘム結合領域のバリン残基の欠失によることを明らかにした。イネNiR cDNAの塩基配列も決定した。

（2）フェレドキシン（Fd）とFd-NADP⁺レダクターゼ（FNR）遺伝子の構造と機能

　イネ根に発現するFd，FNR遺伝子は葉のそれとは異なる遺伝子であること を明らかにした。また両遺伝子の発現はNO₃^-によって誘導されることを示し，NO₃^-同化系に 関与する遺伝子であることを確立した。またFNRの生理的機能を評価する目的でsenseffantisense genesによるタバコ培養細胞の形質転換を進めている。

（3）NO₃^-トランスポーター（Nrt）遺伝子の構造と機能

　イネはアンモニア性植物であるが，NO₃^-もまた有用であることが知られている。 そこでNO₃^-同化の第一段階に関与しているNrtの分子生物学的研究を行っている。 その結果，イネNrtcDNAを単離し，その塩基配列を決定した。さらに本遺伝子を導入した形質転換植物（イネ，タバコ）の作出を進めている。

（2）研　究　費

2．1．文部省科学研究費

井　田　正　二　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（単位：万円）

年　　度	種　　目	研　　　究　　　課　　　題	区　　別	金　　額
平成4 平成5 平成6	一般C 一般C 　　 一般C	イネ亜硝酸レダクターゼの構造遺伝子の解析と発現機構 光と硝酸塩によるイネフェレドキシン―NADP+レダクターゼ遺伝子の発現と制御機構 光と硝酸塩によるイネフェレドキシン―NADP+レダクターゼ遺伝子の発現と制御機構	代表/継続 代表/新規　 代表/継続	80 140 80

（教授）木村　　光，（助教授）井上　善晴，（助手）真野　純一，井沢　真吾

（非常勤職員）若井　博子，中村さやか

（大学院生）三木　健夫，辻本　善之，宮部　真司，杉山　圭一，菊川　紀子，前田　　　　　　圭子，松田　俊文

（１）研究内容

［研究目的］

　酵母は高等真核生物のモデル系としてこれまでに多くの先端的研究分野で用いられると同時に，種々の方法論を提供して来ている。そこで，本研究分野では酵母における酸化的ストレスを始めとする様々な環境ストレスに対する適応・応答機構を明らかにすることにより，将来的に訪れるであろう地球規模の環境変化，特に食糧生産環境の悪化に対して適応し，恒常的な食糧生産を可能とするような生物の分子育種を行うための基盤的方法論，及びその技術の開発を目的として研究を行っている。また本研究分野では，微生物酵素の多角的利用を目指した基礎，及び応用研究も行っている。

［研究課題］

（１）酵母の酸化的ストレス適応・応答機構の分子メカニズムの解析（木村，井上，井沢）　　　　Saccharomyces cerevisiaeのOSR1遺伝子：過酸化脂質は活性酸素種の一つに数えられ，酵母は0.5〜１ｍＭ程度で成育が阻害される。S. cerevisiaeのゲノムDNAライブラリーから過酸化脂質の毒性に対するマルチコピーサプレッサーをスクリーニングしたところ，1329塩基対から成る読み枠を与える遺伝子を取得した。本遺伝子をOSR1（oxidativ stress resistance）と命名した。OSR1遺伝子のホモロジー検索を行ったところ，亜鉛，並びにカドミウムに対する耐性を賦与する遺伝子としてクローニングされたZRC1遺伝子と同一であった。OSR1／ZRC1遺伝子をマルチコピーで酵母に導入すると細胞内グルタチオン含量の増大が観察された。一方，その遺伝子破壊株は細胞内グルタチオン含量が低下したことから，OSR1／ZRC1遺伝子産物は，細胞内グルタチオン含量を制御することにより酸化的ストレスや重金属ストレスに対し耐性を与えているものと考えられた。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　酸化的ストレスヘの適応におけるグルタチオンの役割：一般に，細胞を微弱な一次ストレスで処理し，引き続き強い致死的なストレスを与えた場合，直接致死的なストレスを与える場合よりも死滅率が減少（耐性が上昇）することが知られている。この現象は適応（adaptation）と呼ばれている。S. cerevisiaeにおける酸化的ストレスに対する適応におけるグルタチオンの役割について検討したところ，グルタチオン合成系の欠損株は酸化的ストレスに超感受性となっており，さらに適応応答が全く観察されないことを明らかにした。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　酸化的ストレスヘの適応におけるカタラーゼの役割：S. cerevisiaeは，細胞質にCTT1遺伝子にコードされるカタラーゼTと，ペルオキシソームにはCTA1遺伝子にコードされるカタラーゼAの２種類のカタラーゼを持つ。これらカタラーゼの過酸化水素消去における重要性を検討するため，両遺伝子を破壊し，その適応応答を観察した。その結果，対数生育期においては野生株もカタラーゼ欠損株も過酸化水素に対する感受性には全く差は認められなかった。一方，定常期の細胞においては，低濃度の過酸化水素に対する感受性には差は認められなかったが，５mMを越える高濃度の過酸化水素に対してはカタラーゼ欠損株は感受性が増大した。しかしながら，細胞内における通常の代謝過程においてそのような高濃度の過酸化水素が発生するとは考えにくく，カタラーゼは通常の代謝，あるいは呼吸の過程で発生する過酸化水素の消去にはさほど重要な役割は持たないのではないかと考えられた。

（２）酵母のグルタチオンペルオキシダーゼに関する研究（木村，井上）

　過酸化脂質に耐性を示す酵母をスクリーニングしたところ，Hansenula mrakii IFO 0895株が際立って高い耐性を示した。本菌を過酸化脂質含有培地で培養すると，グルタチオンペルオキシダーゼ（GPx）が誘導された。本菌の過酸化脂質耐性獲得機構を解析するため，過酸化脂質感受性変異株を分離したところ，そのような変異株はGPxの誘導能が消失していた。従って，本菌の過酸化脂質耐性にはGPxの誘導が必須であることが明らかとなった。

　H. murakiiのGPxは細胞質膜，並びにミトコンドリア内膜に結合して存在していた。そこで本菌の膜画分からGPxの精製を試みた。精製された酵素は分子量28kDaであった。本酵素は有機ヒドロペルオキシドに極めて特異的で，特にコレステロールやリン脂質の過酸化物に対しても作用した。膜結合性，並びにリン脂質ヒドロペルオキシドに対しても作用することから，本菌のGPxは従来にない新しいタイプのGPxであることを明らかにした。後に，ほ乳類においても膜結合性でリン脂質ヒドロペルオキシドにも作用する酵素（PHGPx）が報告された。

（３）酵母による清酒香気成分の生産に関する研究（木村，井上）

　清酒の香気成分は何百種類ものエステルやアルコールによるものであるが，なかでも単独で香気性を与えるものに酢酸イソアミルがある。酢酸イソアミルの合成はアルコールアセチルトランスフェラーゼ（AATFase）によるが，その分解はエステラーゼによる。清酒もろみ中の酢酸イソアミルの量は，AATFaseとエステラーゼの活性のバランスに大きく依存する。そこで酢酸イソアミルの分解系を抑えるため，酢酸イソアミルに特異性の高いエステラーゼであるEST2をコードする遺伝子をクローニングし，その構造を明らかにするとともに，EST2遺伝子破壊株を用いた清酒醸造特性を解析した。その結果，EST2遺伝子破壊株を用いて醗酵させた酒は野生株と比べ香気成分に富んだ酒であった。

（４）微生物酵素の医薬品生産，並びに臨床治療への応用の試み（木村，井上）

　アデノシンを唯一の炭素，且つ窒素源として生育可能な微生物を土壌から単離し，これをKlebsiella属の一菌株と同定した。本菌はアデノシン，あるいはウリジンによって強力に誘導されるプリンヌクレオシドホスホリラーゼ（PNPase），ウリジンホスホリラーゼ（UNPase），アデノシンデアミナーゼ（ADase）を有していた。また，プリン，及びピリミジンヌクレオシドの両方に作用し得るユニークな基質特異性を持つヌクレオシドホスホリラーゼ（NPase）も有していた。そこで本菌より各酵素を精製しその諸性質を明らかにするとともに，PNPase，UNPase遺伝子のクローニングとその発現様式を解析した。また，これら各種酵素を用いて，様々な抗ウイルス性ヌクレオシドアナログを生産した。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　一方，微生物酵素を使ったenzyme replacement therapyへのアプローチの一例として，大腸菌由来のグルタチオン合成酵素（GSH-II）を用いたグルタチオン欠損症の臨床治療のための基礎実験を行った。ポリエチレングリコール（PEG）で化学修飾した酵素は，未修飾酵素と比較し，血中半減期の増大や抗原性の低下，全身性アナフィラキシーの軽減などが観察された。ウシ由来のADaseは，ADase欠損による重篤な免疫不全症候群のenzyme replacement therapyに利用されている。先のKlebsiella sp.株由来のADaseは他起源の酵素と比べると熱安定性が高く，臨床応用への有効性が期待される。

（２）研究費

２．１．文部省科学研究費

　木　村　　　光　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（単位：万円）　

年　　度	種　　目	研　　　究　　　課　　　題	区　別	金　額
平成４　　　 平成５ 平成６ 平成６ 平成６ 平成７ 平成７ 　 平成７ 平成８ 　 平成８	一般Ｃ　　　 試験Ｂ　　　 試験Ｂ 総合A 一般Ｂ 一般Ｂ 総合A 　　 試験Ｂ 一般Ｂ　　 試験Ｂ	新規なヌクレオシドホスホリラーゼを用いるヌクレオシドアナログの分子設計とその作用機構 新しいグルタチオンペルオキシダーゼによるリン脂質やコレステロール過酸化物の検出法 新しいグルタチオンペルオキシダーゼによるリン脂質やコレステロール過酸化物の検出法 タンパク質工学の応用に向けての多角的アプローチ 酵母の活性酸素ストレス防御機構に関する生理特性の解析 酵母の活性酸素ストレス防御機構に関する生理特性の解析 タンパク質工学の応用に向けての多角的アプローチ Hansenula属酵母によるエネルギー非依存的清酒香気成分の生産技術の設計 酵母の活性酸素ストレス防御機構における分子進化 Hansenula属酵母によるエネルギー非依存的清酒香気成分の生産技術の設計	代表／新規 代表／新規 代表／継続 分担／新規 分担／新規 代表／継続 分担／継続 代表／新規 代表／新規 代表／継続	200 340 200 114 370 180 109 330 370 110

井　上　善　晴　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（単位：万円）

年　　度	種　　目	研　　　究　　　課　　　題	区　別	金　額
平成５ 平成６ 平成７ 平成７ 平成７ 平成８　 平成８ 平成８	試験Ｂ 試験Ｂ 一般Ｂ 奨励Ａ 試験Ｂ 一般Ｂ 試験Ｂ 奨励Ａ	新しいグルタチオンペルオキシダーゼによるリン脂質やコレステロール過酸化物の検出法 新しいグルタチオンペルオキシダーゼによるリン脂質やコレステロール過酸化物の検出法 酵母の活性酸素ストレス防御機構に関する生理特性の解析 酵母の老化と活性酸素よるミトコンドリアDNAの損傷に及ぼすグルタチオンの影響 Hansenula属酵母によるエネルギー非依存的清酒香気成分の生産技術の設計 酵母の活性酸素ストレス適応機構における分子進化 Hansenula属酵母によるエネルギー非依存的清酒香気成分の生産技術の設計 Snyder libraryによる酵母の環境ストレス応答遺伝子の単離と機能解析	分担／新規 分担／継続 分担／継続 代表／新規 分担／新規 分担／新規　 分担／継続 代表／新規	340 200 180 100 330 370 110 110

真　野　純　一　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（単位：万円）

年　度	種　目	研　　　究　　　課　　　題	区　別	金　額
平成６	奨励Ａ	H2O酸化酵素のカタラーゼ反応キネティクスによる光合成酸素発生機構の解明	代表／新規	90

井　沢　真　吾　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（単位：万円）

年　度	種　目	研　　　究　　　課　　　題	区　別	金　額
平成８ 　　 平成8	奨励Ａ　　 一般Ｂ	抗酸化酵素とGSH1遺伝子破壊株による酵母の過酸化水素ストレスヘの適応機構の解析 酵母の活性酸素ストレス適応機構における分子進化	代表／新規　　 分担／新規	100 　　 370

（３）学会活動

３．１．各種学会の役割

木　村　　　光

学　　　会	役　　　割	就　任　年　月　日
日本農芸化学会	全国評議員役員選考委員	1978〜　　　 　　 1992〜1993
日本生物工学会	常任理事評議員	1995〜
日本生化学会	全　国　評　議　員	1978〜
Genet. Indust. Microbiol.	組　織　委　員	1982〜
Appl. Microbiol. Biotech.	国際編集委員
Process Biochem.	国際編集委員

井　上　善　晴

学　　　会	役　　割	就　任　年　月　日
日本生物工学会	学術強化委員	1995年〜

（４）受　　　賞

木　村　　　光

学　　　会	受　賞　タ　イ　ト　ル	受賞年月日
日本生物工学会論文賞 　 　 日本農芸化学会賞	Direct Uptake of Alginate Molecules through a Pit on the Bacterial Cell Surface ：細菌細胞表層のピットを介したアルギン酸分子の取り込み（Journal of Fermentation and Bioengineering, Vol. 79, No. 6, 538-544 （1995） 酵母細胞の分子育種に関する遺伝生化学的研究	平成8年10月11日 　 　 平成９年３月３1日

（１）研究内容

［研究目的］

　食糧と環境との相関及び地域性などについて国際的視点から共同研究を行う。

［研究課題］

　本研究分野は，欧米先進諸国並びに開発途上国より一級の食糧科学研究者を招聘し，各国の伝統食品に関する講演および共同研究を行うことを目的としている。世界各国において長い年月に渡って用いられてきた伝統食品は，それぞれの風土に適した加工，保存法から成り立っている。今日，そのあるものは近代的製造法に代えられ，あるいは全く失われようとしている。この時に当たり，世界の広い地域に渡って多くの伝統食品を調査し，その品質，製造法，貯蔵法を分析することによって，優れた食品として要求される条件を解明することが望まれる。本研究分野では，これらの知識を集めて，限りある食品素材から新しい食品を創造することを目的としている。

［招聘状況］

　これまでに，以下に記す16名の外国人客員教授を迎え大きな成果を挙げている。これらは，『食糧科学研究所報告』（Bulletin of The Research Institute for Food Science, Kyoto University）別冊に掲載されている。招聴教授（括弧内は在任期間）：マレーシア理科大学リム・チン・ラム教授（昭和62年12月〜昭和63年3月），江原大学校（大韓民国）チョイ・コークチ（崔国智）教授（昭和63年4月〜昭和63年9月），フィリピン大学（フィリピン）ビルヒリオ・ビ・ガルシア（Virgilio V. Garcia）準教授（昭和63年10月〜平成元年3月），ホーチミン市立大学（ベトナム）クイー・キム・チャン（Qui Kim Tran）準教授（平成元年4月〜平成2年3月），パスンダン大学（インドネシア）イグナチュース・スハルト（Ignatius Suharto）教授（平成3年1月〜平成3年6月），ハリオット・ワット大学（英国）ゴッドフリー・ヘンリー・パーマー（Godfrey Henry Palmer）準教授（平成3年6月〜平成3年9月），ブルガリア国立科学院植物生理学研究所（ブルガリア）ペチア・パナヨトバ・コストバ（Petya Panayotova Kostova）上級研究員（平成3年10月〜平成4年10月），リュプリアナ大学（スロベニア）イワン・クレフト（Ivan Kreft）教授（平成4年11月〜平成5年3月），オーストラリアCSIRO（オーストラリア）ダグラス・グラハム（Douglas Graham）食品加工部門長（平成5年4月〜平成5年9月），フィリピン大学（フィリピン）エブリン・メイ・メンドーサ（Evelyn Mae Mendoza）準教授（平成5年10月〜平成6年3月），ミシシッピー州立大学（米国）ザフル・ウ・ハク（Zahur O. Haque）教授（平成6年7月〜平成6年10月），食品工学中央研究所（インド）ゴビンダスワミイ・ヒジャラクシュミィ（Govindaswamy Vijayalakshmi）副所長（平成7年1月〜平成7年7月），マハナコーン工科大学（タイ）プレムプリディー・タムロン（Prempridi Thamrong）教授（平成7年8月〜平成7年10月），ダッカ大学（バングラデシュ）モハメッド・アンワール・フセイン（Mohammed Anwar Hossain）教授（平成７年11月〜平成８年２月），アンカラ大学（トルコ）ネブザット・アルトゥク（Nevzat Artik）教授（平成8年3月〜平成8年11月），ウイスコンシン大学（米国）スリニヴァサン・ダモダラン（Srinivasan Damodaran）教授（平成9年6月〜平成9年9月）。

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