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組換えサッカロミセス・セレビシエを用いた効率的な固体発酵による5-アミノレブリン酸富化飼料の製造
Efficient solid-state fermentation for the production of 5-aminolevulinic acid enriched feed using recombinant Saccharomyces cerevisiae.
PMID: 32653638 DOI: 10.1016/j.jbiotec.2020.06.001.
抄録
過去10年以上にわたり、5-アミノレブリン酸（ALA）は、家畜や家禽の一般的な健康、免疫応答、病気に対する抵抗性を改善するための有望な機能性飼料添加物および免疫調節剤として注目されてきた。しかし、従来の化学合成法を用いてALAを製造するには非常にコストがかかります。従来の微生物発酵法は、環境にやさしいという基準を満たしているが、その力価が十分でないため、実際の工業生産に支障をきたしている。本研究では、低コストで効率的に飼料にALAを濃縮することができる固体発酵（SSF）プロセスを開発することを目的とした。まず、HEM1 遺伝子のコピーを染色体に組み込み、HEM1 遺伝子を特異的に過剰発現させるマルチコピープラスミド pRS416-HEM1 を導入することで、内因性の ALA 合成酵素を Saccharomyces cerevisiae で過剰発現させた。得られた菌株ScA3は、シェイクフラスコ発酵で63.82mg/LのALAを産生することができた。プロセスの最適化を行った結果、動物実験で報告されている通常の有効投与量を超える225.63mg/kgの力価が、90Lのスチールドラムに20kgの飼料を入れてSSFを行うことで48時間以内に達成されました。これは、飼料加工における微生物による 5-ALA 生産と SSF の組み合わせに関する初めての報告であり、飼料業界における 5-ALA の応用と普及が促進されることを期待しています。
Over the past decade, 5-aminolevulinic acid (5-ALA) has been highlighted as a promising functional feed additive and immunomodulator for improving the general health, immune response, and resistance to disease of livestock and poultry. However, it is very costly to produce 5-ALA using conventional chemical synthesis methods. Classical microbial fermentation fulfills the criteria of environmental friendliness, but the unsatisfactory titers still hinder actual industrial production. This study aimed to develop a solid-state fermentation (SSF) process that can be used to efficiently enrich feed with 5-ALA at a low cost. First, the endogenous 5-ALA synthase was overexpressed in Saccharomyces cerevisiae via integrating a copy of HEM1 gene into the chromosome and introducing a multi-copy plasmid pRS416-HEM1 which constitutively overexpresses HEM1 gene. The resulting strain ScA3 was able to produce 63.82 mg/L 5-ALA in shake-flask fermentation. After process optimization, a titer of 225.63 mg/kg dry materials, exceeding the usual effective dosage reported in animal trials, was achieved within 48 h through SSF of 20 kg feed in a 90-L steel drum. To our knowledge, this is the first report on combining microbial 5-ALA production with SSF in feed processing, which will hopefully promote the application and popularization of 5-ALA in the feed industry.
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