認知能低下した患者ではEGT含量が有意に相関して低下した。フレール検定された患者ではさらにEGTに加えてS-methyl-EGT、トリメチルヒスチジンのような関連メタボライトも低下した。認知能低下を伴わないサルコペニアとの比較も行った。EGTおよび関連メタボライトとヒト認知能との関係は大変興味深い。トランスポーターは、細胞膜に存在し基質となる化合物の取り込みや排出に働く。野生型マウスはOCTN1によって体内にERGOを吸収後、臓器に分配し、腎臓で濾過されたERGOを再吸収することによって体内に留めるため、μM~mMレベルのERGOが体内に存在する。このことは生体がERGOを利用するため体内にトランスポーターを持っていると見ることもできる。以降、トランスポーターを利用しERGOを取り込む意味がどこにあるのかを明らかにしたいと考え研究を行っている。モデル、慢性腎臓病モデル等で野生型に比べoctn1-/-では組織破壊や酸化ストレスが顕著である一方、野生型マウスの炎症部位ではOCTN1が高発現しERGOを積極的に取り込んでいた。水溶性の高いERGOはトランスポーターがあってはじめて細胞膜を透過する。トランスポーターを使ってERGOを濃縮的に細胞内で働かせることが生体防御にとって有利なのかもしれない。ERGOの摂取が疾患の予防にどの程度有効か、さらに検討が必要である。ERGOは水溶性が高いにもかかわらず脳への高い移行性を示し、神経細胞や神経幹細胞でOCTN1によって取り込まれる。(NT5)を誘導し、その受容体のリン酸化を促進するとともに、神経幹細胞を神経細胞に分化させる。神経細胞は自身に増殖能力がなく、増殖性細胞である神経幹細胞から神経細胞への分化は神経の新生を示唆する。2週間ERGOを経口投与すると記憶・学習能力の向上が見られ、これに神経新生が関わっているかもしれない。最近、(株)エル・エスコーポレーションとの共同研究によりERGOを多く含むタモギタケエキス末の摂取でヒトでも認知機能の向上が示され、ERGOの脳での働きが強く示唆される。15年の間に超少子高齢化社会が本格的に日本を襲う。そのこと自体、長く危惧されて来たことではあるが、コロナ禍という想定外の要因も加味された現状、今後実際に何が起こるのか?その実態をリアルに理解するにはかなりの想像力が必要になった。対応策まで考えるのは気の遠くなる作業となりつつある。私の担当する分野では認知症(特にアルツハイマー病)やうつなどの精神疾患に如何に対応するか?がその最も大きな課題である。私はその最先端の研究現場にいるにも関わらず、現状あまり明るい未来は見えてこない。機感を持っているのか?様々な方面から私なりに検証してみた事実をご紹介するとともに、その解決策としてエルゴチオネインがどの様な(重要な)位置付けにあるのか?皆様と一緒に考えていきたい。マグロ類の血合筋や血液に高レベルに含まれる主要なセレン化合物である。1.9μM)を有し、ビタミンE誘導体Trolox®(RS50=880)およびエルゴチオネイン(RS50=1700)と比べて著しく高かった。1(OCTN1)を介して細胞内に取り込まれ、活性酸素種の生成を抑制することで、ヘムのメト化を抑制した。ブリに投与するとヘモグロビンの酸素解離曲線が右方シフトし、酸素貯蔵能が上昇した。セレノネインの蓄積によって筋肉の酸化還元電位が低下し、生体抗酸化作用が向上した。魚類および哺乳類でのセレノネインの蓄積と分布を調べた結果、セレノネインは赤血球に多く含まれ、血漿には含まれなかった。Se/kgと高レベルに含まれていた。マグロ類、サバ類などの赤身魚の組織に多く含まれており、ニワトリ心臓、ブタ腎臓などの家畜内臓にも痕跡程度に検出された。Se/kg検出され、魚食頻度に応じて蓄積した。カナダイヌイットの疫学調査では、魚食由来のセレンは心筋梗塞や高血圧予防に関与することが報告されている。魚食によるセレノネインの摂取は、生活習慣病や老化の予防効果が期待される。魚食由来のセレンによる健康機能性を調査するためには、全血または赤血球画分を用いてセレノネイン含量を測定する必要がある。従来の研究では、血清画分がセレンの測定に用いられるが、血清にはセレンタンパク質が含まれ、セレノネインは赤血球に局在するので、魚食由来セレンの蓄積を測定するためには赤血球を用いる必要がある。NA損傷修復、などが推定される。適応、陸上動物では低酸素や高地への適応、過酸化物の解毒などへの関与が考えられる。セレノネインは、サバ類、マグロ類に多く含まれ、強力な抗酸化能を有することから新たな機能性成分としての利用が期待されている。その含有量測定や機能性評価に精製セレノネインは必須であるが、水産加工残滓を原料としていることや、夾雑物が多いことから標準品を安定的に得るのは困難であった。セレノネインの機能性研究が進展する一方で、安全性評価に必要な動態や代謝研究は十分に行われていなかった。株の産生物を用いて、セレノネインの標準品製造に必要な新たな精製法を検討した。同位体標識したセレノネインを精製し、マウスに投与することでその臓器蓄積や代謝を評価した。(FY25320)に既報の方法でセレノネインを産生させた。菌体の熱水抽出物をHPLCと逆相カラム(C30)で粗精製した後、ペンタブロモベンジル基を有するカラム(PBr)でセレノネイン単量体をエルゴチオネインから分離・精製した。同位体標識セレノネインはSe-76セレン酸を用いて生合成し、上記と同様の方法で精製した。Balb/cマウスに標識セレノネイン水溶液を胃ゾンデ法及び飲水で投与し、各種臓器と尿を回収した。セレノネインの分析にはLC-PDA-HRMSとICP-MSを用いた。C30とPBrの2種のカラムを用いてセレノネイン単量体の分離に成功した。セレノネイン単量体は水中で瞬時に二量体を形成し、単量体と二量体の混合物もしくは二量体しか得られなかった。Se-76標識セレノネイン二量体をマウスに投与したところ、尿中からSe-76メチルセレノネインが検出され、セレノネインは検出されなかった。投与した標識セレノネインはすべて二量体であったため、セレノネイン二量体は消化系もしくは生体内で還元され、メチル化されて排出されることが推測された。セレノネインの蓄積が認められた。citrinopileatus)は,北海道・東北地方を中心に消費されてきた。最近では,品種改良によって日持ちが改善し,東京・大阪方面にも生鮮物が出荷されるとともに,タモギタケ独特の風味や多様な機能性効果が好まれ,国内全域で消費されるようになった。300トン程度で推移している。今後も用途開発による生産量拡大を目指している。タモギタケは多量の胞子を飛散し,ヒトへの影響や栽培施設の汚染が問題となっており,演者らは突然変異育種により無胞子性タモギタケを開発してきた。EGT含量は菌株間によって大きく異なることを把握した。EGT高含量特性を併せ持つ菌株を二つの方法により,開発した。EGT高含量株の交配とEGT含量評価)により,無胞子性EGT高含量株を選抜した。法を用い,EGT生合成遺伝子を標的として,変異体リソースからEGT高含量自殖株を得,当該自殖株と既得の無胞子性変異株の交配により,両形質を併せ持つ無胞子性EGT高含量株を作出した。本研究では,選抜の過程において,無胞子性DNAマーカーの開発およびEGT含量形質のQTL解析による原因遺伝子の探索も行い,タモギタケの分子育種技術の基盤を構築した。(開発研究ステージ27036C)の研究成果を日本きのこ学会,日本木材学会,日本菌学会および日本育種学会で報告した内容の一部である。ERGの最近の研究動向について論文を紹介する。研究に着手した10年前は、市場で販売されている純粋なERGは合成品でしかも高価格で、天然由来の精製品は販売されていなかった。ERGはもともと名前の由来にある様に、麦角菌から発見され、キノコ(担子菌類)、麹菌などの真菌類、放線菌、シアノバクテリアといった微生物が産生することが知られていた。そこで、当社が販売するキノコのうち、ERGが多く含有されるヒラタケ類のエリンギに着目し、乾燥子実体からの抽出方法ならびに精製方法を検討し、純粋なERGの取得方法を確立した。ERGを多く含有するタモギタケの子実体、また、大量培養しやすいタモギタケ菌子体から純粋なERGを製造することに成功した他、ERG高含有抽出物やERG高含有子実体粉末などの製品開発に至っている。一方で着手当時は、ERGが各種活性酸素を消去する高い抗酸化能を有し、ミトコンドリアのエネルギー産生による宿命的な酸化ストレスを低減するなど、その有用性について想定される多くの報告があったが、その具体的な機能性について、決め手となるような報告は少なかった。ここ数年、酸化ストレスと密接な関連があるうつ病やアルツハイマー病などの神経変性疾患に対する有効性が薬理学的に示され、また、キノコを多く摂取することが軽度認知症への移行を抑制し、その作用がERGによるところが大きいという臨床研究が発表されている。新型コロナ患者の治療に役立つかもしれないというレビューがメタ解析結果ではあるが発表されるなど、その機能性に関して、ERG発見以来100年以上経たつい最近、漸く人類にとっての真の有用性が示されてきていると感じている。ERGがその有用な機能性にもかかわらず普及してこなかった大きな理由としては、研究のための純品のあまりの価格の高さがボトルネックになっていたことが考えられ、我々としては、純品を安価に提供してERGの研究がさらに加速し、また、ERG関連製品のより安価な消費者への提供と普及が人類の健康と福祉に役立つことを期待している。発酵産業において、有用成分であるエルゴチオネイン等に係る硫黄関連の代謝について注目されているが未知の部分も多く存在している。指標となるメタボロミクスも重要な研究のテーマとして位置付けている。微細藻類ユーグレナはワックスエステル発酵と呼ばれる代謝経路を持っており、周囲に酸素がない条件において細胞内にワックスエステルを合成し蓄積することが知られている。このワックスエステル発酵において硫黄化合物の代謝が伴われることが経験的に予想されており、これを調べるために硫黄のメタボロミクスを試みた。通常状態と、ワックスエステル発酵させた培養液の上清、及び沈殿(細胞)のそれぞれで硫黄メタボロームを比較した結果、ワックスエステルの生産に対応して、グルタチオンが減少し、含硫アミノ酸が増加する様子が確認された。同様に、ワックスエステル発酵において、タンパク質の分解も含硫アミノ酸の増加に寄与していることが確認され、ワックスエステル合成経路の副次的な代謝反応の理解を得ることができた。ユーグレナにおいて硫黄メタボロミクスを実施する過程で、微量ではあるが、エルゴチオネインもユーグレナ自身が合成・蓄積することが見出された。ユーグレナのエルゴチオネインもワックスエステル発酵に伴い減少する様子であるため、この減少を防ぎつつ、高含有化させるための手法を開発することで、ユーグレナ素材の新たな魅力にできるのではないかと期待している。2.9倍になることを確認した。麹の持つ抗酸化機能の一部はエルゴチオネインに由来すると考えられるので、その機能を強化することができる可能性が示唆されたと考えられる。これらの事例などから、エルゴチオネインを含めた硫黄メタボロームの分析結果は、生物生産の現象理解から、素材としての特性を理解することによる販売方針決定の参考になることを示した。今後も、硫黄メタボロミクスを自分たちの研究開発の効率的な進捗の一助としていく予定である。含硫アミノ酸の一種で、その抗酸化活性や生理的な役割が注目されている化合物である。ヒトはERGを生合成できず食事より摂取しているが、摂取源はキノコなど限定的で、かつ含有量も低い。近年、健康志向の高まりから栄養補助食品としての利用が拡大しているが高価であり、広く普及するには至っていない。したがって、新たな供給源として、安価で安定供給が可能な微生物による発酵生産が注目されている。我々は組換え大腸菌やコウジカビによる発酵生産に取組んでおり、その研究成果の一端を紹介する。大腸菌は、古くから物質生産に広く用いられている有用な宿主である。大腸菌はERG非生産菌であるため、生合成経路の再構築による異種宿主生産について検討した。著量蓄積しており、これを基質に用いるEgtBが律速反応と考えられたので改善を試みた。EgtBはアミノ酸配列に基づき5つのクレードに分類される。sulfoxideを生成する。sulfoxideを生成するため、合成経路を3ステップに短縮でき、より効率的な生産が期待された。2019)、その成果についても合わせて紹介する。エルゴチイン(ERG)は強いラジカル消去能を有し,油脂やヘムタンパク質の酸化を抑制する。ポリフェノールオキシダーゼ(PPO)の活性を阻害する。食用キノコの中でも,タモギタケ,エノキタケ,ヒラタケなどのERG含量は比較的高い。ブリ(ハマチ)は血合肉の鮮やかな赤色が好まれるが、ミオグロビン(Mb)の酸化(メト化)による肉色の暗褐色化の進行が速い。エノキタケ抽出物中のERGは経口的に生体組織に取り込まれ,冷蔵中のハマチ肉においては血合肉Mbのメト化と脂質酸化が有意に抑えられ、肉色の劣化が遅くなった。高品質食材として,海外市場への展開が待たれる。採卵鶏および数種家畜においても、給餌によりERGの体組織への取り込みが起こる。飼料を通してERGを取り込んだ組織では脂質酸化が有意に抑制された。ERG強化鶏卵は既に製品化されている。生鮮エビ・カニ類の貯蔵中に進行する身肉および外殻表面の黒変は,PPOによりポリフェノール類から酸化生成されるキノン体の化学的重合物であるメラニンの蓄積に起因する。活エビ・カニ類ではキノン体はほとんど存在しないが,斃死後には体液(へモリンフ)中に急速に増加する。ERGはクルマエビとベニズワイガニのPPO前駆体合成に関わる遺伝子発現を抑制し,同時に銅との錯体を形成することから,PPO活性が強く抑制されるものと考えられた。バナメイエビおよびブラックタイガーエビ,日本海で漁獲されるベニズワイガニ,養殖クルマエビに対して活状態でキノコ抽出液への浸漬処理を実施したところ,その後の冷蔵中に黒変防止効果が得られた。食添として使われる亜硫酸ナトリウムを代替する天然素材としての需要が考えられる。このように、きのこ由来のERG含有抽出物を家畜に与えることにより、メトMb生成に起因する肉色の暗褐色化ならびに脂質酸化を起こしにくい高品質な魚肉や食肉・鶏卵を創作できた。化学合成品に頼らない天然嗜好のエビ・カニ類を流通できることも示された。今後,ERGを強化した農畜産・水産品の摂食がヒトの健康機能に及ぼす影響に関する応用研究は,急速に進展するものと期待される。国内の産学官のエルゴチオネイン・セレノネイン研究開発者が一同に会し、智恵を結集し、国際競争力を有する研究推進へと繋げ、同時に消費者への認知・理解も普及する活動の一環とすべく、第1回研究会が滞りなく開催されました。本研究会が知の集積、健康長寿のプラットフォームとして継続的に開催され、人類社会の未来に向けた有意義な会として発展していくことが期待されます。宇宙飛行がマウスの肝臓に与える影響の一因を特定しました!2021年9月、アメリカのスペースX社がついに民間宇宙飛行を達成しました。驚くべきことに、今回の宇宙飛行を達成した宇宙船『クルードラゴン』は、わずか半年ほどの訓練を経ただけの民間人4名のみをクルーとし、3日間の宇宙飛行ののち地球に帰還しました。宇宙飛行は我々民間人にとっても夢物語ではなく、生きているうちに人類が宇宙に移住する未来も見えてきているのです。一方で、そうはいってもまだまだ本格的な宇宙移住に向けて解決するべき課題も山済みです。わかっていないのが宇宙空間が生物に与える影響です。宇宙空間は、あらゆる意味で地球上とは異なる環境です。大気が違うのはもちろんのこと、無重力環境や高線量な宇宙放射線の照射、数百°Cに及ぶ寒暖差など、生物にとって過酷な要素がいくつもあります。これらによって、宇宙飛行を行った生物はしばしば原因不明な体調不良を訴えることが知られています。試験されるマウスでは、特に肝機能に肝臓の線維化や非アルコール性脂肪肝などのいくつかの障害が見いだされることがわかっています。これらは、いずれも重症化することで肝臓がんへと派生する疾患であり、その原因の特定・対策の開発が望まれます。准教授によって開発された解析手法です。生体内の酸化還元反応の中核を担う硫黄化合物を網羅的に解析することで、生体内が酸化的なのか還元的なのか、それらは何によって引き起こされているのかなどを明らかにすることができます。当社では、大津先生と特別共同研究を進め、JAXAから譲り受けた宇宙飛行を行ったマウスの肝臓をサルファーインデックス解析によって調べました。結果として、宇宙で飼育したマウスは、人工重力のあるなしに関わらず肝臓にある還元的な硫黄化合物が減少していることがわかりました。これらの硫黄化合物は体内で抗酸化物質として働くため、宇宙での生活によって酸化ストレスを受けた結果、そのストレスを打ち消すために消費された可能性が考えられます。宇宙飛行を行ったマウスの肝臓での遺伝子発現を確認したところ、酸化ストレスや硫黄化合物代謝に関する遺伝子が多く発現していることが確認されました。これも、強い酸化ストレスを受け、それにより減少した硫黄化合物を補うために起きたことだと解釈できます。Reports誌に掲載されました。本研究成果は、宇宙での活動が活発化する近未来に向けて、人類が宇宙で健康的に活動するための重要な手掛かりとなることが期待されます。具体的には、以下のような研究発展を見せる可能性が考えられます。本研究によって、生体内の抗酸化物質が、宇宙で発生する酸化ストレスを緩和しうることが示唆されました。このことは、宇宙での健康維持に硫黄系抗酸化物質の摂取が有効である可能性をも示します。重要なのが、本研究により宇宙飛行によってエルゴチオネインの量が地上での生活時の半分ほどまで減ってしまうことが明らかとなったことです。エルゴチオネインは哺乳類の体で合成することができず、一部のキノコなどから微量に摂取するしかない物質です。通常の宇宙生活において、減少したエルゴチオネインを既存の宇宙食のみで摂取することは難しく、従って、新たな宇宙食の開発指針となることが期待されます。ついては紹介させていただくことができたと思います。最後にユーグレナ先端技術研究課で行われている日本酒などのアルコール飲料に対する研究について、ご紹介させていただきたいと思います。以前の記事で紹介させていただきましたが、ユーグレナが特許を取得している解析技術に「サルファーインデックス」と呼ばれるものがあります。酸化型、還元型を問わず約50種類の硫黄化合物を同時に分析することができる技術です。これがこれまでのアルコール飲料の話とどのような関係にあるのか。サルファーインデックスは、生物内で行われる無数の参加還元反応で多く使われている硫黄化合物の量を測定するために開発されたものです。これを調べることによって、生物内でどのような酸化還元反応が行われているのかを理解することができます。日本酒やワインなどのアルコール飲料は、酵母などの菌類が様々な物質を発酵させることによってアルコールを作り出すプロセスに基づいて作られます。日本酒やワインの味わいには、菌類の活動が深くかかわっているのです。ユーグレナ先端技術研究課では、このサルファーインデックス技術ををつかって、アルコール飲料を分析する研究を行ってきました。開発者である大津先生の研究によれば、ビールをサンプルにした研究において、異なるサンプルのグループ間で差が見られたとのことです。この研究では、多次元尺度法と呼ばれる機械学習を使うことで結果を解釈しています。これは前の記事で紹介させていただいた教師なし機械学習の一種で、データの中にある関係性を見るときに有効です。この研究結果を踏まえると、サルファーインデックスは様々な発酵食品に対して、その分類や味わいの判断のために有効であると考えられます。先端技術研究課では、サルファーインデックスのPoCとしてもう一つ、アルコール飲料である日本酒に関しても分析しました。その結果の一部が次のようになります。左がサルファーインデックスを含むメタボロミクスデータを次元削減したもの、真ん中が日本酒で定量的な評価として使われていた日本酒度と酸度でプロットしたもの、右が日本酒の専門家の方々に官能評価をしていただき、その結果を2次元にマッピングしたものです。それぞれの関係性がわかりやすいように、専門家の方に行っていただいた官能評価(右図)をk平均法で色付けし、左の2つのプロットでも同じ色付けを行った形になります。これを見ると真ん中の日本酒度と酸度のプロットより、左のメタボロームデータを次元削減した結果の方が同じ色のグループがきれいに分離しているように見えます。ビールや日本酒のようなアルコール飲料は、その生成過程に菌の活動が深くかかわっています。そのような食品の相対的な関係性を理解したいときには、サルファーインデックスという硫黄化合物の網羅的な解析技術や機械学習の中の次元削減と呼ばれる手法が役に立ちます。今回の解析のように味わいの近いに日本酒などがわかることによって、今後の商品戦略や顧客分析に対しての有効な情報源になることが考えられます。これまでになかった新しいデータと、近年便利に活用することができるのようになったデータサイエンスの手法をもとに、新たな知見やインサイトを得ることは可能です。サルファーインデックスは、今後様々な食品の分析に活用されることが期待されます。サルファーインデックスのご活用に興味を持たれた方は、下のリンクからご参照ください。以上で「アルコールとデータサイエンス」の全三回とさせていただきます。最後までご覧いただきありがとうございます。生命活動の本質は、体の中で起こる無数の酸化還元反応の連鎖です。食事や呼吸で体内に取り込まれた物質は、酸化還元反応の進み具合(酸化数)を変えながらエネルギーや体を作る物質の一部へと変化し、体内に取り込まれていきます。この酸化還元反応において、硫黄化合物は非常に重要な役割を果たします。硫黄(サルファー)は、-2から+6までという非常に幅広い酸化数を取ることができます。これは、それだけ多くの酸化還元反応を行い、様々な物質になれるということ。それゆえに硫黄化合物は、生体内の酸化還元反応のほぼすべてにかかわるといわれます。大げさに言えば、硫黄化合物の量をみていれば、体の中で起きていることをおおよそ把握することができてしまうのです。生体内に多く存在する硫黄化合物が網羅された超高感度な検出機(LC-MS/MS)を用いて、検出します。この解析法を用いることで、様々なことがわかります。ある環境に置かれた生き物がどの程度のストレスを受けたのか、体の抗酸化を謳う健康商品の抗酸化度がどの程度なのか、あるいは収穫した野菜の真の意味での”新鮮さ”はどの程度なのかなどなどです。株式会社ユーグレナでは、開発者の大津先生のご協力の元、このサルファーインデックス解析を様々な商品開発に役立てているほか、受託解析も行っております。ユーグレナ先端研究.。