JAMSTEC、深度1万900mに棲むエビから新酵素を発見 - バイオ燃料応用に期待
研究の詳細な内容は、日本時間8月16日付けで米オンライン科学誌「PLoS ONE(Public Library of Science One)」に掲載された。
1998年、JAMSTECの前身である海洋科学技術センターの1万1000m級無人探査機「かいこう」によって、海洋の最深部であるマリアナ海溝チャレンジャー海淵での探索が行われた。
一般に、深海海底は非常に水圧が高く、また貧栄養であるため、生物の生息は困難な環境であることが知られているが、「かいこう」の探索によって、世界最深部にカイコウオオソコエビ(画像1)が多数生息していることが確認された形だ。
しかし、これら超深海生物が何を食べて超深海で生息できるのかはこれまでわかっていなかった。
そこで今回の研究では、2009年の調査潜航において、JAMSTECが作製したフリーフォール式の「カメラ付き採泥システム」(画像2)を用いて、カイコウオオソコエビを採取すると共に、その食性を解明するため、消化酵素の解析が実施された次第である。
カイコウオオソコエビが、貧栄養環境下で生息するための生態解明に取り組み、その消化酵素に着目し、タンパク質、脂質、多糖類などに対する分解活性を解析したところ、「セルラーゼ」、「アミラーゼ」、「マンナナーゼ」、「キシラナーゼ」などの植物性多糖分解酵素の検出に成功した(画像3)。
画像3は、カイコウオオソコエビの消化酵素反応。
各基質上にカイコウオオソコエビのタンパク質を滴下して、室温にて反応させた結果。
基質には青や赤の色素が含まれており、酵素活性がある場合、基質が分解されて周囲が白くなり、高い酵素活性を有していることがわかる。
これら4つの酵素は、それぞれ「セルロース」、「でんぷん質」、「ヘミセルロース(植物細胞壁に含まれるセルロース以外の多糖類)」である「マンナン」と「キシラン」を分解することが知られており、同時に採取した海底泥から、木片も見つかったことから、カイコウオオソコエビは、世界最深部の海底で流木や枯れ葉、タネなどの植物片を食べると予想された。
そこで、消化酵素の酵素学的性質を検討するため、カイコウオオソコエビから抽出した消化酵素と、でんぷん、「カルボキシメチルセルロース(CMC)」、「グルコマンナン」、キシランを反応させ、その反応生産物についての調査を実施。
結果、以下の通りに各物質が検出された。
でんぷん:分子量が「マルトテトラオース」以下の「オリゴ糖」CMC:「グルコース」と「セロビオース」のみ(画像4)グルコマンナン:低分子量の各オリゴ糖キシラン:キシラナーゼ活性が不安定だったため、同定に至らず上記結果の内、CMCからグルコースとセロビオースを生産するセルラーゼの報告例はなく、新規セルラーゼであることが期待された。
画像4は、カイコウオオソコエビ由来のセルラーゼによるCMCの分解。
CMCにセルラーゼを加えて、35℃で反応させた結果だ。
反応後、分解生産物について「薄層クロマトグラフィ」を用いて分子種を同定した(「G」はグルコースを、「C2」はセロビオースをそれぞれ示している)。
分解生産物を薄層クロマトグラフィ上の始点に滴下し、有機溶媒を浸透させると、各分解生産物は始点から移動を始める。