アセトバクターパスツレアヌスSKU1108の適応変異は、高温で酢酸発酵能力を高める

in vitro適応は、適応進化を理解するための生物学の最も困難な主題の1つです。温度への微生物の適応は、適応メカニズムを理解するという点で興味深いだけでなく、産業用途にも役立ちます。この研究では、高温酢酸発酵条件下での栽培を繰り返すことにより、アセトバクターパスツーリアヌスSKU1108のin vitro適応を試みました。その結果、野生型株よりも高い発酵能力を持つ熱に適合した株が得られました。適応した株のいくつかのタンパク質の突然変異および/または破壊は、NGSシーケンス技術で検出されました。特に、2つの異なる適応株には、共通の3つの特定の遺伝子に変異または破壊があり、これらの遺伝子は高温での熱耐性または発酵に不可欠であることが示唆されています。熱耐性への関与を明らかにするために、3つの遺伝子のうち2つが破壊され、その表現型が調べられました。結果は、2つのタンパク質、Marrとアミノ酸輸送体の変異が、より高い発酵能力および/または熱耐性の一部が原因であることを示しました。したがって、上記の2つの変異を含むいくつかの単一遺伝子変異を組み立てることにより、適応株のこれらの上昇した能力が獲得されることが示唆されました。

In vitro adaptation is one of the most challenging subjects in biology to understand adaptive evolution. Microbial adaptation to temperature is not only interesting in terms of understanding the adaptation mechanism, but also useful for industrial applications. In this study, we attempted the in vitro adaptation of Acetobacter pasteurianus SKU1108 by repeating its cultivation under high-temperature acetic acid fermentation conditions. As a result, thermo-adapted strains having the higher fermentation ability than the wild-type strain were obtained. Mutations and/or disruptions in several proteins of the adapted strains were detected with NGS sequencing technology. In particular, two different adapted strains had mutations or disruptions in three specific genes in common, suggesting that these genes are essential for thermotolerance or fermentation at higher temperature. In order to clarify their involvement in thermotolerance, two of the three genes were disrupted and their phenotype was examined. The results showed that mutations of the two proteins, MarR and an amino acid transporter, are partly responsible for higher fermentation ability and/or thermotolerance. Thus, it was suggested that these elevated abilities of the adapted strains are acquired by assembling several single gene mutations including the above two mutations.